上記性能は九六戦に比べて、飛躍的な高性能を要求するもので、速力、上昇力、兵装など世界各国の戦闘機を見ても、最高の水準であり、航続力と空戦性能は、世界の水準を遙かに上回るものであった。
　航続力が大きいため、戦闘機では世界で初めて無線帰投装置を装備して帰着の安全を図った。また二○ミリ機銃は命中率が良くないとされ、外国では実験的に装備した例があるだけであったのを採用に踏み切った。
　この過酷な要求性能に対し、会社側は要求の緩和を求めたが、認められず、中島は試作を辞退した。
　翌十三年四月、計画説明審議会の席上、三菱の設計担当堀越二郎技師は航続力、速力、空戦性能の三者の重要順序の指示を求めたが、結論を得るに至らず、会社側は最大の努力を強いられるだけであった。
　一二試艦戦はその要求性能からして、九六戦に比べて相当の大型になることが予想された。その飛行機で九六式二号艦戦並みの空戦性能を保持するには、破格な空力設計と、徹底した自重量の軽減を図らなければならなかった。
　その第一段は、主翼の前後二本の翼桁を左右貫通式として、その材料に世界で初めてのESD（超々ジュラルミン）を使用することにした。当時ESDは住友金属製作所で試作の段階で、時期割れ（一種の金属疲労）を生ずる欠点があったが、解決の見込みが立ったことから、航本は勇断をもってその使用を許可した。
　第二段は、機体各部の贅肉を、強度上許す限り減らして、徹底的に重量管理をすることであった。
　機体外形は九六戦で得た資料をさらに徹底して、流線化を図り、脚は完全引き込み式とした。二○ミリ機銃の命中率を良くするため、安定性を求めて胴体は幾分長めとし、視界を良くするため風防を少し突出させた。
　空戦性能が翼面荷重の大、小で左右されることは、今後別項目にて解説予定であるが、これを一○五キロ以内に納める事とした。また、大仰角時の翼端失速防止、及び操縦性の向上のためには、主翼仰角の捩じり下げ、翼の厚さ、上反角などがあるが、これらは九六戦の経験を生かした。
　発動機は、当時三菱に瑞星と金星があった。高馬力の金星は直径が大きく、視界、重量の面で不利となるので、やむなく低馬力の瑞星を装備することにした。
　堀越技師は試作中の二速過給器付の瑞星を装備したい意向であったが、この発動機は耐久運転で信頼性がなかったので、試作機には二速過給器なしの瑞星一三型（三、六○○メートルで八七五馬力）を装備することになった。たまたま中島の栄一二型（四、二○○メートルで九五○馬力）もいずれは二速過給器をつける予定であり、瑞星よりも成功の可能性がある見通しが強かったので、機体は試作三号機以降これに搭載替えを指示した。
　プロペラは最初、住友ハミルトンの二段可変ピッチプロペラを使う予定であったが、本機設計中に同社の恒速プロペラが開発されたので、この二翼式に変更した。日本で恒速プロペラを装備した最初である。
　このような計画で試作が進められている最中に、第一線部隊から二○ミリ機銃不要論が出たが、計画を変更する動きはなかった。防御装備の構想は念頭になかった。
　計画要求に防御の項目があったならば、後世に名を残した名機零戦は、おそらく誕生しなかったであろう。
　試作一号機は、三菱が計画説明書を提出してから、わずか十一カ月で完成した。
　社内飛行中、多少の振動があったため、二翼プロペラを三翼に替えて解決した。
　一号機の社内飛行試験は順調に進み、最高速力は推定計算値を上回る二六四ノットを記録した。この数値は、発動機が馬力の大きい栄型に換われば、要求を十分に満足するものであった。
　昇降舵は高速時、効きが良過ぎ、着陸時に効き不足のため、昇降舵操縦装置の剛性を低下したところ、大いに効果があった。
　補助翼の効きが稍鈍いとともに、大仰角時自転を起こす傾向があった。これは空戦運動の障害になるため、空技廠飛行実験部は改良するよう強く要望した。その結果大分良くはなったが、同部は旋回性能を重視する艦上戦闘機としては、まだ完全ではないと判断した。
　一号機は昭和一四年九月領収され、飛行実験部の実験が始まり、続いて横空での実験に移された。戦闘機に初めて装備された主翼内の二○ミリ機銃については、用兵側も大いに注目したが、機銃の試射は好成績であり、横空で実施した厳しい空戦運動実験でも、実験部で危惧した不満はなかった。
　実用機となった第七号機以降のこの型の零戦では、実施部隊に配属されてからも、操縦性についての苦情は出なかった。とくに着陸視界の良いことは、母艦機として最も困難な夜間着陸や、未熟者の着陸が容易で、事故発生を未然に防止した。
　しかし後年、米軍が零戦を捕獲して実験した結果、高速時の補助翼の効き不足で、横転操作に難があることを指摘している。
　発動機は瑞星、栄とも大きな故障はなかった。
　第一線部隊では、本機の配属を熱望したので、海軍は制式採用を待たず、量産機一五機を第一線に配備した。そして七月二十四日零式艦上戦闘機一一型として兵器採用になった。
　第一線に配備されてから、シリンダー温度過昇、脚の収納不充分、二○ミリ機銃の機能不良等起こったが、何れも小改造で改善されるとともに、取扱いに慣れるに従い故障はなくなり、信頼性を高めた。
　本機の試作にあたり、当初は実現不可能とさえ思われた厳しい要求を完全に満たし、性能のどれを見ても、当時の一流戦闘機に優り、調和のとれた世界最高の戦闘機になった。これは堀越技師以下関係者の協力の賜である。また栄発動機の燃料消費量の少ないことは、本機の真価をさらに高めるものであった。
　昭和十六年一月、零戦は陸軍のキ－四三（後の「隼」）、キ－四四（後の「鍾馗」）、ハインケルHe－１００との間で空戦試合を行ったが、どの飛行機より優れている事を立証した