在第二次世界大战（后文简称“二战”）中，飞机开始成为战争的主角。在“一战”中后期飞机的战略作用被各个国家所认可，因此到“二战”开始时，战机已经得到了很好的发展，各种不同作战用途的战机也应运而生，如截击机、歼击机、战斗轰炸机、俯冲轰炸机、鱼雷轰炸机等。
由于“二战”期间各种舰船（包括航空母舰）得到了大范围的使用，这也使得各种舰载机在战斗中有了巨大的发挥空间，往往是各种海战的主导者。在飞机性能方面，“二战”期间的战斗机的最大速度已达700千米／时，飞行高度达11千米，重量达6000千克，所用活塞式航空发动机制功率接近1 470千瓦。瞄准系统配备了陀螺光学瞄准具能够进行前置计算。
“二战”中大名鼎鼎的美国P-51“野马”战斗机
“二战”末期，德国开始使用Me 262喷气式战斗机，最大飞行速度达960千米／时。战后，喷气式战斗机普遍代替了活塞式战斗机，飞行的速度和高度都得到了迅速提高。
展开剩余66%拉开喷气式飞机序幕的德国Me 262战斗机
20世纪50年代初，首次出现了喷气式战斗机空战的场面。苏联制造的米格-15“柴捆”（Fagot）和美国制造的F-86“佩刀”（Sabre）都采用后掠翼布局，飞行速度都接近音速（1100千米／时），飞行高度达15000米。机载武器已发展到20毫米以上的机炮，瞄准系统中装有雷达测距器。
带加力燃烧室的涡轮喷气发动机有利于改善飞机外形，因此战斗机的速度很快突破了音速。20世纪60年代以后，战斗机的最大速度已超过2倍音速，配备武器已从机炮、火箭发展为空对空导弹。
20世纪60年代中期，以苏联米格-25“狐蝠”（Foxbat）和美国YF-12为代表的战斗机的速度超过3倍音速，作战高度约23000米，重量超过30吨。但是20世纪60年代后期越南战争、印巴战争和中东战争的实践表明，超音速战斗机制空战大多是在中、低空，以接近音速的速度进行的。空战要求飞机具有良好的机动性，即转弯、加速、减速和爬升性能。
米格-25“狐蝠”是超音速战机的杰出代表
飞机装备的武器是机炮和导弹并重。因此，此后新设计的战斗机不再过于追求很高的飞行速度和高度，而是着眼于改进飞机的中、低空机动能力，完善机载电子设备、武器和火力控制系统。
到了21世纪初，战斗机基本是多功能战斗机，更加强调作战的灵活性，既能同对手进行空战，又拥有强大的对地攻击火力，能以尽量少的架次完成尽量多的任务，在执行任务中能够接受临时赋予的其他任务，甚至能够先空战，然后再对地攻击。
从现代空战的角度来看，未来空中战场不外乎是信息、机动和火力综合优势的争夺。未来战斗机系统之间的整体对抗，将表现为多机编队对信息、火力和机动的综合利用。从某种角度来说，飞机在近百年来所取得的技术突破几乎都是因为战争的推动。军用飞机的不断蜕变促进了航空航天技术的发展，民用飞机也因此受益匪浅，人们也越来越多地享受到飞机带来的舒适和便利。
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