第一次世界大戰時軍用機初露鋒芒,這對當時幾個主要軍事大國的將領們有著舉足輕重的影響。他們開始瞭解除了陸戰、海戰之外的第三戰場-空戰,將對戰爭的勝負有著決定性的影響。出於戰備需求及為了保持在航空研究方面及技術領先其他國家,於是利用國家的財力物力,建立及充實航空學術研究機構,如美國在1915年3月3日成立了國家航空諮詢委員會(National Advisory Committee Aeronautics, NACA),對航空基礎理論及實用技術進行相關研究,促使飛機進行一系列的改進。

爲提高飛機的飛行速度,減少飛行時空氣的相對阻力,飛機的構型由雙翼改進爲單翼力臂式;起落架由固定式改爲可收放式;密閉式座艙取代了開放式座艙。爲了縮短起飛滾行的距離,在飛機上裝置了襟翼及其他增加升力的輔助裝置。

在戰後的二十年中,航空器的動力來源活塞式發動機(Piston Enging)也有長足的進步,單具發動機的輸出功率由一次大戰時的400馬力增加到約2,000馬力(HP),提昇數倍之多,而且裝置有渦輪增壓器以利於高空飛行。螺旋槳(Propeller)由固定螺距改進爲恒速可調螺距。在航空器機身(Body)結構方面,木質結構由金屬框架(Frame)所取代,其主要結構材料爲航空鋁合金,蒙皮(Skin)也由防水帆布進步到鋁製。

1939年9月1日至1945年8月14日進行的第二次世界大戰,極大的刺激了各式飛機的發展。若說是一次大戰中的戰機是初試身手,而這次則是大顯威力了。在戰爭的迫切需求下飛機產生第二次飛躍性的進步,主要表現在三個部份:首先是裝置活塞式發動機的飛機性能發展到巔峰狀態;其次是採用全新推進方式的飛機-噴射式戰機開始登上戰爭舞臺,並影響到日後的軍用及民用機發展。再者是直昇機的研發成功,大幅改變日後地面作戰的型態。

二次大戰時期的主力戰機動力來源,仍是氣冷式及液冷式活塞發動機。此外各式戰機種類相當齊全、機上各式裝備完整,能擔負各種作戰任務,有些機種裝置有雷達及電子設備,能擔負夜間作戰任務。當時優秀戰鬥機的時速爲600至700公里,最大飛行高度超過10,000公尺,固定武裝為二至四門20至23公厘機砲或六至八挺12.7公厘機槍。轟炸機最大載彈量可達數噸,如當時美國最大的轟炸機波音(Boeing)B-29超級空中堡壘(Super Fortress),總重62.5噸,最大航程5,000多公里,最大飛行高度達10,200公尺,載彈量爲9噸。美軍就是以此型轟炸機於1945年8月6日及8月9日,分別在日本廣島與長崎投下兩枚原子彈,結束了第二次世界大戰。

航空技術的進步使空中軍事力量在戰爭中的功能越來越顯著,甚至可在一定程度上決定整個戰局進度。在戰爭初始階段,德國及日本這兩個軸心國就充分利用戰機在速度及火力上的優勢,及其他軍種的配合就一舉奪得大戰初期的主控權。德軍利用2,000多架戰機以及相當數量的裝甲部隊,在短時間內擊潰波蘭、法國、南斯拉夫等國,戰火燃遍大半個歐洲,只有遇到頑強的英國人才陷於苦戰;在浩瀚的太平洋戰場,戰機的威力更是彰顯無遺,在1941年12月8日日本利用6艘航空母艦載著360架艦載機,對美軍在太平洋上最大的夏威夷珍珠港海軍基地發動突襲,兩個小時內擊沈美軍戰艦、巡洋艦及驅逐艦共24艘,幾乎摧毀了美軍太平洋艦隊的主力。但也就是這次突襲,迫使美軍放棄裝備有大口徑艦炮的戰艦,轉而大力發展航空母艦,逐漸挽回在戰爭初期的劣勢,並最後在太平洋戰爭中獲得勝利。

在1942年6月4日在中途島附近的太平洋海域,美日雙方的艦載戰機相互以對方艦隊為攻擊目標,在戰場上捉對廝殺,號稱是首場海空戰役。雙方出動多達11艘的航空母艦,逾千架艦載機,交戰結果,日軍損失4艘航空母艦及234架艦載機,美軍僅損失1艘航空母艦及147架艦載機,於是這場中途島戰役便成爲太平洋戰爭的轉捩點。

大和號是二次大戰時期參戰國中噸位最大的戰艦,滿載排水量72,809噸,在裝甲及火力方面均爲世界第一,曾作爲日本帝國海軍聯合艦隊總司令山本五十六大將的旗艦,是日本帝國海軍的驕傲,號稱“不沈的戰艦”。然而在1945年4月6日大和號戰艦在一艘巡洋艦與8艘驅逐艦編成作戰序列,準備反攻被美軍佔領的沖繩島,結果遭美國海軍第58特戰混編艦隊的艦載機攻擊,僅靠艦上的防空火力根本無法抵檔兩波百餘架的TBF魚雷轟炸機、SC2B地獄俯衝式(Helldiver)俯衝轟炸機、F6F地獄貓(Hellcat)相當猛烈的攻勢,艦身被5枚炸彈及10枚魚雷命中而沈沒。大和號戰艦的沈沒象徵著“巨艦巨炮”戰術思想的結束,同時也宣告日本軍國主義的末日。

噴射發動機及噴射式戰機的出現,則是二次大戰中航空科技的一項偉大成就。真正參戰的首批噴射戰機,是德國的梅塞希密特(Messerschmitt)Me-262,最高飛行時速爲850公里,超過當時英美戰機時速約160公里,在速度上佔有很大優勢。但由於德國軍方高層的決策錯誤,將此型戰機作爲轟炸機使用,再加上生產數量少及在戰爭後期才投入戰場,所以未對當時的戰局産生重大影響。

直昇機也在大戰期間發展,美國史考斯基飛機公司(Sikorsky Aircraft)的VS-300實驗直昇機於1930年代研發,既是採用單主旋翼含尾旋翼,且於1939年首次試飛成功,為世界上第一架初步實用化的直升機。真正進入實用階段的直昇機是1942年7月試飛成功的R-4軍用雙座直昇機,動力為一具178馬力的液冷式活塞發動機,淨重2,400磅,至戰爭結束前量產200餘架,並在韓戰時期使用於戰場連絡上。

飛機在二次大戰中飛躍性發展的成果,可在各式戰機的數量及航空工業的發展上看出。從1939年至1945年戰爭期間,僅英美兩國生産的各式戰機就多達441,729架,其中美國生産了322,250架,居各參戰國的首位。戰機數量的增多,反映了航空工業的生産能力有大幅成長。二次大戰軍用機的劇增,也促使空軍的迅速發展,成爲不可或缺的獨立軍種。如美國在戰爭結束後兩年,在1947年9月18日將空軍自陸軍航空隊中獨立出來,當時擁有的各式軍用機總數多達113,906架(作戰飛機69,993架)。
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