1938年1月2日，蘇聯援華志願隊波雷寧大隊出動13架蘇制SB-2轟炸機正飛往南京機場轟炸此處的日本戰鬥機和轟炸機，為了給予日本人以突然襲擊，他們於黎明前起飛，清晨即到達南京機場上空。日本人果然沒有防備，機場上空只有幾架老舊的中島95式雙翼艦載戰鬥機進行例行巡邏，機場停機坪上整整齊齊排列著將近50架各式日本戰機，如同待宰的羔羊一般。波雷寧迅速抓住有利戰機，率領轟炸機編隊從3500米的空中投下了一顆顆帶著死亡氣息的炸彈，由於天氣晴朗，風速較小，炸彈命中率較高，很快炸彈在機群中爆炸，頓時機場上火光沖天、濃煙四起。除了攻擊地面飛機外，波雷寧也沒有放過機場上的油庫和彈藥庫。當然日本人也迅速反應，從航母上派遣8架三菱96式艦戰進行攔截，面對靈巧的96式艦戰，SB-2轟炸機的駕駛員們利用自己高達每小時444公里的速度迅速擺脫了最大速度為每小時434公里且高空性能有限的96式艦戰，而這也不是SB-2轟炸機第一次依靠自己的速度來擺脫日本艦載戰鬥機的追擊了。
SB-2轟炸機在中國
明明實力遠不如日本的中蘇空軍卻接連讓日軍吃癟，日本海航高層甚是震動，他們開始認識到要地防空作戰與制空作戰是兩個概念，對作戰飛機性能要求也有較大不同。對於要地防衛戰鬥機來說，主要作戰目標是敵方高空高速轟炸機、攻擊機，而要對高空高速轟炸機做出有效攔截，主要依靠的是飛機的大爬升能力、高速度、重火力，對飛機機動性和航程要求不大，因此在1939年日本海軍下令要研發一款最大速度超過SB-2至少40節，也就是要達到每小時536公里、且機槍火力進一步升級的用於要地防空作戰的截擊機。不過後來隨著零式的誕生以及技術升級，日本海軍進一步提高了性能指標，要求最大速度要在6000高度上達到每小時600公里以上，爬升到6000米高度不能超過5分30秒，火力上要配備2門20mm機炮外加2挺7.7mm機槍。
為“大心臟”各種讓步，“雷電”的漫漫定型路
要實現速度、爬升、火力三方面的升級，無疑一顆強有力的“心臟”是最關鍵的，為此堀越二郎的設計團隊準備了兩套方案，一套是當時日本功率最大的三菱自產1450馬力風冷火星發動機，另一套是引進德國奔馳公司1100馬力的DB-601A水冷發動機，兩種發動機各有千秋，三菱發動機馬力大、可靠性強但發動機直徑較大、迎風面積大，意味著將為戰機帶來更大的迎風阻力和不利的視野，奔馳的發動機馬力小但直徑也小、迎風面積小，意味著戰機機身設計可以更纖細，最終軍方權衡利弊後選擇了國產的三菱“心臟”。
圍繞不同發動機提出的兩種機身設計方案
發動機定型後，為了配合這顆直徑超大的“心臟”，堀越二郎團隊不得不在機身設計上進行適配，將機體設計為兩頭細、中間粗的紡錘形，後來該減阻設計又在烈風艦載戰鬥機上進行了應用，不得不說這種不得已而為之的減阻設計確是二戰時間最佳的減阻設計。同時為了降低阻力，日本還捨棄了傳統的氣泡型座艙蓋，改用低矮的流線型座艙蓋。而這碩大的機頭和低矮的座艙無疑對飛行員視野影響巨大，可想而知為了這顆碩大的心臟在機身設計上犧牲了多少。
用在轟炸機上的三菱火星系列風冷發動機
在機翼上，由於該機設計初衷是速度優先、機動次之，該機竟然難得的放棄了日本傳統的低翼載設計，而是將翼載提高到每平方米140千克。此外為了確保機翼內機炮射擊時的縱向穩定性，堀越二郎為該機設計了一個大型垂直尾翼。在起落架方面，該機也創造性地使用了電收放式起落架，不過後來在應用中故障率較高。在武器配置上，該機採用了與零式一樣的2門99式1號20mm機炮外加兩挺7.7mm機槍的火力配置。
99式1號20mm機炮
1941年2月底，該機原型機試製完成並進行了試飛，可試飛的效果卻差強人意，爬升能力尚可、速度未達標、視野問題尤其突出，視野差到以至於著陸時很難看到陸地。
在失敗中逐漸進步，“雷電”的漫漫誕生路
由於性能不達標，該機只能“回爐”改進，為最大發揮發動機功率，堀越二郎的團隊又另闢蹊徑，從換裝使用德制技術的發動機用螺旋槳、加強發動機散熱、加裝水/甲醇噴射裝置三方面入手，然而真正的麻煩也伴隨技術改進隨之而來。
雷電防空截擊戰鬥機三視圖
先是不成熟的發動機水、甲醇噴射裝置問題，飛機在急速時經常冒出黑煙，調查發現是由於發動機與螺旋槳振幅一致導致震動嚴重，於是通過調整燃料噴射比例和為螺旋槳增加平衡配重來解決。
然後為了驗證平衡配重，在試飛中又出現了新的問題，1943年試飛員帆足弓大尉駕駛的2號雷電原型機在測試中，離地後剛剛收起起落架，本應繼續爬升高度的飛機卻突然掉頭向下飛去，直接墜毀在了機場盡頭的農田裡。
堀越二郎團隊只能在悲痛中尋找事故原因，在新試飛員柴山勝治的幫助下，終於發現是飛機尾輪的緩衝裝置強度問題導致在尾輪收入機身時壓迫到了飛機升降舵的連桿，將升降舵卡死在了向下的位置，所以無論飛行員怎麼操作，飛機都只會一頭向下。這個問題可以說是異常刁鑽，隨著飛機起降次數的增加，故障才會出現，而一旦出現後果就是機毀人亡，好在柴山勝治發現並找到了解決之法。
至此到1943年10月，該機以雷電11型局地戰鬥機名義定型投產，經過三年半漫長的定型與改進，日本海軍第一種專用防空戰鬥機終於誕生了。
優異的速度和爬升性能，“雷電”的性能評價
在速度上，雷電局地（高空截擊）戰鬥機採用一臺1850馬力的三菱火星23甲型風冷活塞發動機，但其在4150米高度時僅能維持1510馬力，最高速度可以在5450米高度達到每小時596公里，超過零式的每小時550公里的最大速度。
在爬升性能上，雷電爬升到5000米高度僅需4分30秒，平均爬升率為每秒18.51米，遠遠超過零式的每秒14.1米，甚至高於F6F地獄貓的17.8米，可以說雷電的速度和爬升性能在當時極為優異，駕駛雷電的飛行員在與零式的模擬格鬥中，可以輕鬆佔據有利高度，對零式發起“一擊脫離”進攻。在盤旋性能上，雷電翼載為每平方米164.6千克，所以其盤旋性弱於零戰，前面提過雷電是日本少數非小翼載設計的專用戰鬥機，這也無可厚非。
在俯衝性能上，雷電擁有更大的重量（空重2527千克、最大重量3807千克）、較為優秀的減阻設計、優異的速度，所以其俯衝性能也優於傳統的日式輕巧戰鬥機。在航程上，由於其承擔的要地防空任務，其航程僅有1055千米，帶副油箱時刻達到2520千米。
在火力上，雷電採用2門99式2號20mm機炮和2門99式1號20mm機炮的組合，火力比零式更猛。在防護上，雷電也一改日本戰鬥機輕防護的特點，採用包覆橡膠層的自封油箱，可以抵擋1發12.7mm或3發7.7mm機槍彈。
後期改裝30mm機炮的雷電33型
雷電自定型量產後，主要圍繞增強機炮火力、加高座艙蓋、安裝針對B-29轟炸機的斜向機炮，先後進行了多次改進。總體來說，雷電局地戰鬥機是日本難得的一款高空、高速、高爬升，重火力和防護，盤旋性、格鬥性能較弱的專用防空戰鬥機，也是特別歐美設計風格化的一款防空截擊戰鬥機。
刺向超級空中堡壘的利刃，“雷電”在實戰中表現
面對零式被美軍性能全面超越的被動局面，海軍曾一度要求雷電年產量達到3600架，但由於川西飛機公司研發的紫電改戰鬥機異軍突起，雷電擴產一路斷絕，只能維持月生產20-40架的規模，截止到日本投降，累計生產約530-560架左右。
在太平洋戰爭中，雷電主要在巴釐巴板油田和本土進行截擊美國轟炸機作戰，由於處在巴釐巴板油田的雷電近水樓臺先得月，可以獲得足夠的燃油，因此擁有更多的訓練機會。在5次巴釐巴板防空截擊作戰中，雷電也交出了至少擊落5架B-24轟炸機和2架戰鬥機，同時自己零傷亡的靚麗成績單。
在本土防禦作戰中，雷電的主要作戰目標就是有著超級飛行堡壘之稱的B-29重型轟炸機，依靠雷電優異的爬升性能、高空高速、重火力，雷電可以說是屢立戰功。1944年美國第一次從中國成都機場起飛B-29轟炸機轟炸日本，雷電就擊落一架投完彈的B-29，隨後又在攔截行動中陸續擊落6架B-29轟炸機。
安裝斜向機炮的雷電截擊B-29
但好景不長，美國攻佔硫磺島後，在歐洲戰場上出盡風頭的高性能野馬P-51D戰鬥機，開始為B-29護航，在性能優異的P-52D“清場”下，B-29乾脆直接將投彈高度從8000米降至5000米，格鬥性能比不過野馬的雷電徹底被扼殺了鋒芒，在野馬面前，雷電在短短10天內即損失了7架，此後雷電便只能避其鋒芒。
此後日本為準備事實上並沒有發生的本土決戰，特意將性能好的戰機保存下來，剩餘的雷電就在無所事事中迎來了日本偷襲的大結局。
可以說在有限的作戰機會里，雷電憑藉自己優越的爬升性能、較高的速度、較強的火力成為了日本刺向美國高空高速重型轟炸機的利刃。雷電也與月光夜戰一起成為日本攔截B-29超級飛行堡壘高空轟炸的主力，直到面對美國空戰能力優異的野馬，雷電才敗下陣來，只能暫時被雪藏。
總結
總的來說，雷電擁有高爬升、高空、高速、高滾轉率、高俯衝、重火力等特點，它完全不像日式風格戰機，而是更偏西方化的一款戰鬥機，因此開慣零式的日本戰鬥機飛行員對駕駛雷電及其抗拒，反而是美軍對繳獲的雷電讚不絕口，可能跟日本飛行員矮小的身高，難以獲得舒服的視野，以及習慣駕駛輕巧的戰鬥機有關。
雖然雷電防空截擊戰鬥機與同期使用火箭動力德國的高空攔截機如me-163相比，在動力和火力上處於嚴重落後狀態，但他使日本有了截殺超級空中堡壘B-29的殺手鐧，並在有限的機會中取得了不少戰果，但是由於高性能野馬的“入場”，使得雷電的發揮空間被嚴重壓縮，但不能否認它在日本航空工業發展史上的獨特意義。
