在两次世界大战之间，航空技术发展迅速，各主要航空强国都竞相研发双发或多发的中型或重型轰炸机，相比当时普遍为单发的战斗机，这些新型轰炸机拥有更远的航程、更强的自卫武器，甚至一度在速度上也超越战斗机，以至于产生了一股“战斗机无用论”的歪理邪说。为了与轰炸机的性能进步相适应，各国萌生了研发重型战斗机的想法，通常为双发多座战斗机，相比单发轻型战斗机航程更远，能够携带更多的机载武器，并具有较为灵活的机动性，其主要任务是凭借大航程为轰炸机护航，同时利用强劲的火力拦截并摧毁敌轰炸机。
德国空军梅塞施密特Bf 110战斗机是二战初期重型双发战斗机的代表。
德国空军在二战时期装备的双发重型战斗机主要有两种型号：梅塞施密特Bf 110型和Me 210/410型。德国空军最初要求将Bf 110设计成兼具轰炸和空战能力的战斗轰炸机，梅塞施密特公司在权衡之后，忽略了对轰炸能力的要求，强调空战能力，推出了了单翼双发双座重型战斗机，其原型机在试飞时的速度甚至超过Bf 109的早期型号，在机首集中配置了2门20毫米机炮和4挺7.92毫米机枪，前向攻击力非常强大，还可外挂1000公斤炸弹，可以应付低空轰炸任务。尽管试飞员反映该机机动性欠佳，但德国空军依然将其列装，按照“驱逐机”的名义装备部队，并抽调最好的飞行员驾驶。
在战争初期，德国空军将Bf 110编入驱逐机联队，被视为精英部队。
在二战初期，Bf 110的性能尚算先进，在Bf 109的配合下倒是风光了一阵，但在不列颠空战中面对更加灵活的“飓风”、“喷火”，则完全没有招架之力，本来该为轰炸机护航的Bf 110结果反而需要Bf 109护航，在不列颠战役开始时，德国空军投入了237架Bf 110，结果损失了223架！在战争中后期，Bf 110基本上作为战术支援飞机使用，主要从事对地支援任务。在英美空军开始对德国本土实施战略轰炸后，Bf 110也被投入截击作战，但是面对B-17的凶猛自卫火力同样难有作为，战果不大，损失不小，逐渐退出了昼间空战行列，实战证明，Bf 110无论是作为远程护航战斗机，还是昼间截击机都是不合格的。然而，Bf 110却在夜间空战领域大放异彩，夜战对机动性能要求不高，Bf 110具有较强的火力和较大的空间，便于加装雷达，自从1942年后Bf 110就成为德国空军的主力夜间战斗机，仅在1943年就有2750架英军轰炸机被Bf 110击落。
参与昼间截击作战的Bf 110，注意它们将要迎战的是美军的P-38战斗机。
进行夜间截击作战的Bf 110，该机是二战中最成功的夜间战斗机之一。
梅塞施密特Me 210/410是Bf 110的后续机型，但其研发过程一波三折，Me 210被证明是失败的设计，经过大幅改进后才以Me 410的名义在1943年正式列装。Me 410在性能上较Bf 110有所提升，并配有内置弹舱，在服役后主要作为快速轰炸机和昼间截击机使用，甚至能够安装50毫米机炮给盟军重型轰炸机以致命一击，取得过一举击落10架B-17，自身无一损失的佳绩。但是，随着P-51的登场，Me 410再度暴露出难以抗衡单发战斗机的劣势，逐渐退出空战行列，主要作为高速侦察机使用。
准备从高空截击B-17机群的Me 410战斗机，该机对于无护航的轰炸机群威胁很大，但无力对抗盟军的护航战斗机。
德国空军在战争末期还研制了道尼尔Do 335重型双发战斗机，采用奇特的串列引擎布局，在很大程度上提升了飞机的机动能力，具备极快的速度和强大的火力，如果能够大量服役，应该是一款出色的双发战斗机，但战争进程没有留给这种飞机太多的时间，仅制造了37架。
道尼尔Do 335重型战斗机，它可能是德国空军唯一适合空战的双发战斗机，但没有得到表现的机会。
当然加入重型战斗机俱乐部的不仅仅是德国，还有英国和美国，英国人起初对于轰炸机的突防能力深信不疑，对于重型战斗机的开发并不热心，在二战时期其主要的重型战斗机基本是从双发轰炸机发展而来的，比如不列颠空战中，英国空军就将布仑海姆轰炸机改装为夜间战斗机。英国最成功的双发重型战斗机是布里斯托尔“英俊战士”和德·哈维兰“蚊”式，前者由“波弗特”双发鱼雷轰炸机发展而来，具有非常良好的机动性和强劲的武器携带能力，主要作为攻击机使用，执行反舰船和对地攻击任务，也兼用于夜间防空，但较少作为昼间战斗机投入空战。大名鼎鼎的“蚊”式最初也是作为高速轰炸机研制的，但由于性能非常优秀，后来逐渐作为多用途战斗轰炸机使用，“蚊”式可以说是双发战斗机中的异类，尽管机身结构为木制且为双发机，却有优良的机动性，被德国空军认为是最难击落的盟军飞机之一。
执行反舰船攻击任务的“英俊战士”战斗机，该机作为攻击机非常优秀。
作为夜间战斗机的“英俊战士”。
“蚊”式战斗机是英国在二战时制造的最成功的机型，被誉为“奇迹的木制机”。
要说二战时期空战能力最出色的双发战斗机，那一定是美国洛克希德公司的P-38“闪电”战斗机，依靠大功率航发和新颖的双机身设计，P-38获得了不输于单发战斗机的机动性能，机首集中配置1门20毫米机炮和4挺12.7毫米机枪，火力强悍，且航程很远，充分满足远程护航的需要。P-38在二战时期无论在欧洲战场还是太平洋战场都取得了骄人的战绩，特别是在太平洋战场上，产生了美国空战王牌的前两名：邦少校（40架）和麦克盖阿少校（38架），要知道P-38在太平洋战场上面对的正是以机动性见长的日军战斗机，由于战斗力强劲，P-38被日军飞行员称为“双身魔鬼”，P-38的总产量超过10000架，足见其性能之优越。美国海军也研发了一款双发重型战斗机格鲁曼F7F“虎猫”，仅生产了364架，主要作为夜间战斗机使用，名气不大。此外，美军还装备了P-61双发战斗机，但是专用的夜间战斗机。
P-38“闪电”是与“蚊”式并称的性能最出色的双发战斗机，也是美军的主力战斗机之一。
美国海军的F7F双发战斗机。
P-61“黑寡妇”是美军第一种专门设计的夜间战斗机。
受到德国Bf 110的影响，日本也在20世纪30年代后期开始双发重型战斗机，日本陆军于1941年10月列装了川崎二式双座战斗机“屠龙”，并派往中国大陆战场作战，结果被“飞虎队”的P-40打得落花流水，日本人只能承认双发战斗机无法对抗单发战斗机的事实，此后“屠龙”多用于对地对舰攻击，被日本陆军当作袭击机（攻击机）使用。战争后期，美军B-29轰炸机空袭日本本土，“屠龙”被当作截击机用于对抗B-29，并取得了一定的战果，号称头号B-29击坠王的樫出勇大尉号称驾驶“屠龙”击落了26架B-29，但是大多数情况下“屠龙”都很难对B-29构成威胁，迫使日军采取自杀撞击的方式与之同归于尽。
日本陆军的“屠龙”战斗机，名字很霸气，可惜在天上基本是被屠的货色。
日本海军也以十三试双发陆上战斗机的名义委托中岛公司研制重型战斗机，但在测试阶段就得出机动性无法胜任与单发战斗机空战的结论，最后作为二式陆上侦察机列装，但是在拉包尔战场，前线部队对二式陆侦进行改造，用于在夜间拦截美军轰炸机，取得了意外的效果，于是这种双发战斗机成为日本海军的第一种夜间战斗机，命名为“月光”，日本海军头号夜战王牌工藤重敏一飞曹宣称在“月光”上取得了12个击坠记录。不过，与“屠龙”一样，“月光”在战争后期面对B-29时也暴露出性能不足的劣势。日本海军在战争末期还研制了双发截击机“天雷”，但仅完成了6架样机。
日本海军第一种夜间战斗机“月光”，日本海军相比陆军多少聪明一点，没让这种飞机作为昼间战斗机去丢人现眼。
法国作为欧洲的航空大国，也投身于双发战斗机的研制，在1938年列装了波泰Potez 630型战斗机。法国人对双发重型战斗机的定位与其他国家有些不同，法国空军将其作为单发战斗机的指挥机使用，同时兼行为轰炸机护航及夜间防空任务，因此Potez 630型战斗机最初与单发战斗机混编，但是后来法国空军意识到双发和单发战斗机难以协调，将Potez 630型战斗机集中编组，用于训练和夜间防空。Potez 630的操纵性能不错，但速度和火力均逊色于主要竞争对手Bf 110，由于法国在战争中迅速战败，Potez 630也没有太多的亮相机会。
法国空军的波泰630型战斗机，性能较为平庸。
纵观整个二战，双发重型战斗机的概念被实战证明并不是一个成功的设想，实际上除了“蚊”式和P-38之外，没有一种双发战斗机达成其最初设定的任务目标：远程护航和截击，但是作为夜间战斗机和战术支援飞机，双发战斗机是非常合适的。
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