Выпустив 1552 А6М2, фирма Мицубиси перешла к выпуску модификации А6М3 модель 32. Она отличалась от предыдущих уменьшенным до 11,0 м размахом (что позволило облегчить крыло, отказавшись от механизма складывания) и прямоугольными законцовками. В крыльях установили длинноствольные 20-мм пушки. Однако основным новшеством был двигатель Накадзима NK1F «Сакаэ» 21, оснащенный двухступенчатым нагнетателем. Увеличились максимальная скорость и скороподъемность, однако из-за больших размеров мотоустановки уменьшился на 38 л объем фюзеляжного бака, что привело к снижению дальности.

Первые боевые вылеты А6МЗ совершили в августе 1942 г. над Соломоновыми островами, где японские войска и флот пытались противодействовать высадке американского десанта на о. Гуадалканал. Японских авианосцев в этом районе первоначально не было, и самолеты базировались на аэродроме Рабаул, в 700 милях от Гуадалканала. Действуя на пределе дальности, японские пилоты чувствовали себя достаточно скованно и не удивительно, что в адрес фирмы Мицубиси посыпались требования увеличить запас топлива. Это было осуществлено на А6МЗ модель 22, на котором в крыльях были установлены два дополнительных 45-литровых бака.

Для их установки пришлось раздвинуть пушки, а сами консоли опять приобрели складные эллиптические законцовки. Самолеты А6МЗ модель 22 последних выпусков имели в качестве стандартного вооружения 20-мм крыльевые пушки «тип 99 модель 2», отличавшиеся более длинным стволом с конической дульной насадкой. Боезапас каждой из них составлял 100 снарядов на ствол вместо 60 у А6М2. Интересно отметить, что три самолета А6МЗ в опытном порядке оснащались 30-мм крыльевыми пушками.

Еще одним отличительным признаком А6МЗ был новый капот двигателя. «Сакае» 21 имел больший диаметр, чем его предшественник «Сакае» 12, поэтому увеличился и диаметр капота. Изменилась и его форма - она была уже не цилиндрической, а более сложной и аэродинамически совершенной. Воздухозаборник карбюратора переместился в верхнюю часть капота, маслорадиатор остался на прежнем месте. В капоте были сделаны амбразуры для стволов пулеметов, характерные для А6М2 канавки исчезли.

Операция против Алеутских островов. С палубы авианосца стартует "Зеро", вооруженный двумя 60-кг авиабомбами

"Алеутский подарок" — "Зеро" во время испытаний американцами

А6МЗ "модель 32". Хорошо видный "обрубленные" законцовки крыла

А6МЗ "модель 22" с закругленными законцовками крыла