由于换代的A7M“烈风”式的研制迟迟无法成功，零战被迫不断改进来应付越来越艰难的战局。1943年8月零战52型(A6M5)试飞，翼展缩短到11米，时速增大到560千米。其它改进包括翼上机炮改用弹链供弹以增加携弹量，加强机翼刚性和加装装甲板、防弹油箱等。零战52型的生存能力大幅度提高，但是由于机重增加，灵活性反而下降。零战52型共生产6000架以上，占零式战斗机生产总数一半以上。此后在零战52型的基础上还发展了可装载一枚500千克炸弹的战斗轰炸型零战63型(A6M7)和零战64型(A6M8)。最终改型零战64型换装了1560 马力的发动机。

　　零式各型的相对性能随时间推移愈加落后，1944年的主力零战52型时速只有565千米，最终改型零战64型也只有572千米。而当时各国主要战斗机时速均已达到600千米以上，甚至700千米。可见日本战时的工业潜力和技术发展水平有多么低下。零式战斗机在战争后期，几乎无法胜任空战的任务，只好沦为自杀飞机，使大批日本青少年沦为炮灰。