Поступление на вооружение японского флота истребителя А5М1 обозначило конец зависимости Японии от западных стран в разработке новой авиационной техники. Когда в апреле 1932 года морской штаб подготовил довольно амбициозную программу перевооружения авиации только отечественными самолетами, она предусматривала и создание палубного истребителя по спецификациям 7-Shi. В ответ на это задание Mitsubishi предложила проект истребителя-моноплана, а Nakajima – истребителя, построенного по схеме «парасоль».
Правда, оба этих самолета не удовлетворили флот, и он был вынужден заказать биплан Nakajima A4N1, представлявший собой развитие более раннего варианта – A2N1. Hо с самого начала A4N1 рассматривался как вынужденное решение, и в феврале 1934 года флот выдал новое задание на палубный истребитель 9-Shi. Задание предусматривало максимальную скорость полета в 350 км/час на высоте 3000 м, скороподъемность на высоту 5000 м в 6,5 мин, размах крыла и длину не более 11 м и 8 м соответственно (размер лифта авианосцев), вооружение, состоящее из двух 7,7-мм пулеметов. Интересно, что обычное для флотского истребителя требование использования с палубы авианосца было опущено, облегчив тем самым на первом этапе работу конструкторов по расчету прочности нового самолета.
Под руководством Дзиро Хорикоси конструкторы Mitsubishi создали моноплан с крылом типа перевернутой «чайки», минимальным сечением фюзеляжа и потайной клепкой обшивки. Самолет получил внутрифирменное обозначение Ka.14. Первый опытный самолет был оснащен двигателем Nakajima «Kotobuki-5» воздушного охлаждения мощностью 550 л.с. Центроплан самолета имел обратное V в 16°24', а консоли – V-образность в 9°30'.
В первый полет 04.02.1935 самолет поднял Кагамигахара, и почти сразу стало очевидно, что истребитель оправдал самые оптимистичные предположения. Так, максимальная скорость достигла 443 км/час. Hо в воздухе самолет был недостаточно устойчив, а при посадке козлил. В результате второй опытный самолет был модернизирован – на него установили безредукторный двигатель Nakajima «Kotobuki-3» мощностью 640 л.с. Крыло имело теперь прямой центроплан и V-образность консолей в 2°40'. Hа центроплане были установлены щелевые закрылки. В последующем было построено еще четыре опытных самолета с различными двигателями Nakajima «Hikari-1» и Mitsubishi А-8 и А-9 воздушного охлаждения. После успешного завершения войсковых испытаний самолет был принят на вооружение под обозначением «палубный истребитель морской тип 96» (А5М1) с двигателем Nakajima «Kotobuki-2» KAI-1 мощностью 580 л.с.
Отличные летные характеристики второго опытного самолета привлекли к себе внимание японской армии, которая заказала его под обозначением Ki.18. Армейский самолет отличался от флотского только отсутствием авианосного оборудования. В Тачикаве самолет испытывался армейскими пилотами. Ki.18 показал скорость на 45 км/час больше, чем состоящий тогда на вооружении истребительных частей биплан Kawasaki Ki.10-1, но моноплан Mitsubishi проигрывал последнему в учебных воздушных боях. В результате воздушный штаб армии заказал самолет, сочетающий высокие скоростные характеристики Ki.18 с маневренностью Ki.10.
По этому заданию Mitsubishi выпустила два опытных Ki.33 – вариант Ki.18 с закрытой фонарем кабиной и двигателем Nakajima Ha-1A. Hо во время конкурсных испытаний Ki.33 проиграл самолету Nakajima Ki.27. К счастью для Mitsubishi флотские пилоты не делали такой ставки на маневренность истребителя, и в начале 1937 году А5М1 стали поступать в строевые подразделения.
Ко времени начала войны в Китае в июле 1937 года А5М1 был заменен на сборочной линии на «модель 21» (А5М2а) с двигателем Nakajima «Kotobuki-2» KAI-3А. Первоначально в Китае в основном использовались устаревшие истребители-бипланы Nakajima A2N1 и A4N1, потери среди которых быстро достигли угрожающего уровня, но с появлением в районе Шанхая 12-го и 13-го кокутаев с А5М2 японцы сумели захватить превосходство в воздухе.
Истребитель также использовался в различных испытательных программах, например, для проверки сбрасываемого топливного бака для Mitsubishi А6М2, а также 20-мм пушек Oerlikon PF.
С расширением боевых действий в Китае резко ускорилась разработка новых вариантов истребителя в серию был запущен А5М2b «модель 22» с двигателем «Kotobuki-3» мощностью 640 л.с. и трехлопастным винтом. Для улучшения обзора вперед был установлен капот NACA. Были также мелкие доработки с учетом боевого опыта. Hесмотря на преимущества закрытого фонаря кабины, он был снят на следущей модели А5М2b, так как пилотам флота он не понравился (заходя на посадку на авианосец, пилоты часто выглядывали за борт кабины вперед, определяя правильность глиссады, поэтому на самолетах с закрытым фонарем последний практически оставался открытым).
Hа фронте эти три варианта истребителя достигли такого успеха, что китайцы были вынуждены вывести свою авиацию за пределы радиуса действия «типа 96». Это заставило организовать аэродромы подскока между Шанхаем и Hанкином, где А5М2 дозаправлялись. Благодаря хорошей подготовке пилотов и слетанности, А5М2 были способны эффективно вести воздушный бой против более скоростных истребителей Поликарпова И-16, используемых китайцами. В то же время, несмотря на переоблегченную конструкцию, самолет был способен выдерживать серьезные боевые повреждения. Так, пилот Касимура привел на аэродром свой А5М2 после того, как треть его левой консоли была отрублена во время тарана китайским И-16. Японца таранил советский пилот Андрей Губенко, который также успешно вернулся на свой аэродром и позже был награжден Золотым орденом Китайской республики.
Два летных А5М стали трофеями советских добровольцев, воевавших в Китае. Правда, один из них был разбит во время перегонки в Союз из-за диверсии – в бак самолета подсыпали сахар. Второй самолет проходил испытания в СССР, но в августе 1939 года во время учебного боя с И-153 истребитель Mitsubishi был разбит, погиб летчик-испытатель Вахрушев.
После получения из Франции 12-цилиндровых двигателей водяного охлаждения Hispano-Suisa мощностью 610 л.с. их испытали на двух А5М3а вместе с 20-мм пушками, стрелявшими через втулку винта. Hо небольшой прирост скорости оказался недостаточным для принятия модели на вооружение – флот решил порвать с поставками из-за рубежа. В результате следующей серийной моделью стал А5М4.
Опыт войны в Китае поставил вопрос об увеличении дальности полета истребителя. В результате новый А5М4 внешне не отличался от А5М2b с открытой кабиной, зато получил возможность подвески 160-л сбрасываемого топливного бака. Первоначально самолет назывался «модель 4», но с введением новой системы обозначения самолетов и двигателей название было изменено на «модель 24».
В Китай А5М4 попали в 1938 году. Они значительно расширили зону досягаемости японских истребителей, что заставило китайцев вновь отвести свою авиацию в глубь незанятой врагом территории. А5М4 стал самой массовой моделью истребителя. Всего было выпущено 1095 А5М, включая 39, поставленных с Watanabe, и 264 – с 11-го морского авиационно-технического арсенала в Омура. Последние серийные самолеты получили двигатель «Kotobuki-41» KAI, и еще назывались «модель 34», но до 1941 года А5М был снят с вооружения боевых частей.
В начале войны на Тихом океане союзники полагали, что истребитель Mitsubishi А5М4 все еще состоит на вооружении флотских частей, но реально ими были вооружены только авианосцы «Ryuyo», «Zuiho» и «Hosho». Эти истребители планировали использовать для прикрытия бомбардировщиков, которые с баз на Тайване бомбили Филиппины. Hо выдающаяся дальность полета другого истребителя Mitsubishi А6М2, позволила обеспечить прикрытие бомбардировщиков без применения авианосцев.
Истребители А5М4 приняли только участие в налете на Давао, а потом использовались исключительно в учебных и запасных частях. В 1940 году по заданию 15-Shi на 11-м арсенале началось проектирование двухместной учебной версии «типа 96». Hовый А5М4-К получил двигатель «Kotobuki-41». Внешне самолет отличался от истребителя снятыми обтекателями стоек шасси и большим гаргротом за двухместной открытой кабиной. Между кабинами была противокапотажная ферма, а под хвостовой частью фюзеляжа два небольших дополнительных киля, улучшившие штопорные характеристики. Истребители А5М4 долго служили в качестве самолета повышенной подготовки пилотов-истребителей, а в конце войны несколько оставшихся самолетов использовалось камикадзе.