二戰前夕，遠程轟炸機受到重視的程度在各國是不同的。英國一貫重視轟炸機的研製，因此先後有“c”（Halifax）、“蘭開斯特”（Lancaster，）等優秀機型參戰。美國在二戰開始時軍用飛機性能落後，由於有強大的工業和技術基礎，後期才大量出現一流的作戰飛機。
美國遠程轟炸機最有名的是B－17、B－24和B－29（B-29轟炸機是曾轟炸日本廣島、長崎的美軍轟炸機）。原蘇聯對遠程轟炸機的作用則有不同看法，加上工業基礎的關係，優先發展戰鬥機是適合國情的。
1932～1937年生產的TB－3型共裝備818架。1949年的別－8四發轟炸機，起飛重量32噸，載彈2噸，航程4700千米，則隻生產了79架。德國一貫隻重視戰術轟炸機，特別“迷信”俯衝轟炸機，在批生產的轟炸機係列中根本沒有遠程轟炸機的位置，也不支持研製。所以當征服大部分歐洲後，需要從空中攻擊英國和空襲原蘇聯時，特別是需要轟炸已搬遷到烏拉爾山區的原蘇聯軍工廠時才發現沒有可用的武器，而這時已經晚了。日本也有類似情況，但不是不想研製而是受技術力量和財力所限。1943年開始發展的G8N1型“連山”四發重轟炸機，大小、性能和布局都與B－17相似，航程為3950千米，載彈2～3噸，到投降時隻試製了4架，並且尚未全部試飛。
1912年11月，位於俄國聖波得堡的波羅的海車輛工廠製造成功了一架巨型飛機。巨型設計者是伊戈爾·伊萬諾維奇·西科爾斯基。該機重4545公斤，翼展28米，裝有4台74千瓦四汽缸水冷卻“百眼巨人”式發動機。人們給它取了一個響亮的名字“偉大號”。
1913年5月13日，西科爾斯基親自駕駛這架飛機進行試飛，並獲得了圓滿成功。該機後被官方正式命名為“俄羅斯勇士號”。
西科爾斯基並未就此滿足。他的目標是要使這架飛機變成一種真正的進攻性武器，並為此對“俄羅斯勇士號”進行了不斷的改進。
1913年底，西科爾斯基終於製造出世界上第一架重型轟炸機。俄國人給它取了一個非常有意義的名字――“伊裏亞·穆羅梅茨”。這是俄羅斯勇士歌中的主人公、俄羅斯大地衛士的名字。“伊裏亞·穆羅梅茨”是一種雙翼機，每台發動機的功率162千瓦，飛機長15.5～22米，翼展為24.9～35.5米，飛行重量6.1～7.5噸，飛行速度每小時137公裏，最大升限達4000米，最大航程為540公裏，機組成員4～8人。飛機上安裝的機槍最多的達到8挺，並曾做過在飛機上安裝76毫米機關炮的試驗。機身內可掛航空炸彈，並且首次采用了電動投彈器。飛機載彈量400公斤，超載時可達700～800公斤。
飛機上裝有駕駛和領航儀表以及轟炸瞄準具。史學界公認，“伊裏亞·穆羅梅茨”堪稱當時大型飛機之最。因為在第一次世界大戰期間，無論是敵國還是盟國都不曾製造出可與之媲美的重型轟炸機。
俄國沙皇尼古拉二世和俄陸軍部十分欣賞“伊裏亞·穆羅梅茨”，遂將第一次世界大戰爆發時僅有的4架“伊裏亞·穆羅梅茨”全部投入作戰使用。1914年12月10日，俄最高當局決定組建“飛船大隊”（即飛機大隊），同時任命波羅的海車輛工廠廠長M.B.希德洛夫斯基為現役少將，主管\"“飛船大隊”的各項工作。“飛船大隊”也是世界上第一支重型轟炸機部隊。
1915年2月15日，1架“伊裏亞·穆羅梅茨”轟炸機首次轟炸了德國本上，投擲炸彈272公斤，從此拉開了重型轟炸機參戰的序幕。由於“伊裏亞·穆羅梅茨”自衛能力強，加之“飛船大隊”成功地運用了空中編隊防禦戰術，因此在整個戰爭期間，隻有П.馬克舍耶夫駕駛的一架“伊裏亞·穆羅梅茨”被德殲擊機擊落。
從1914年到1918年，俄國共製造了73架“伊裏亞·穆羅梅茨”，其中有一部分雙發動機。還有一部分飛機安裝了浮筒，成為水上重型轟炸機。從國內戰爭結束到1924年期間，蘇聯將部分“伊裏亞·穆羅梅茨”改裝成運輸機，曾飛過莫斯科至哈爾科夫航線。“伊裏亞·穆羅梅茨”號飛機的研製成功，對世界航空事業的發展有相當大的影響.
當時，很多飛機設計師都對是否能夠製造出多發動機飛機表示懷疑，因此，“伊裏亞·穆羅梅茨”的研製成功無疑是一個創舉。1914年2月，西科爾斯基駕駛該機創造了一項記錄一一載運15名乘客進行了成功的飛行。1916年6月，“伊裏亞·穆羅梅茨”再創輝煌：從基輔起飛，中途僅著陸一次，以14小時38分安全飛到了1000公裏外的彼得堡。
第一次世界大戰初期，飛機首先用於戰場上空指引炮兵射擊、偵察和轟炸。隨後就出現用飛機來阻撓敵機執行上述任務的戰鬥行動，形成空中的對抗。開始時隻是後座的射擊員用手槍、步槍和機槍在空中相互射擊。
5年德國研製出裝有射擊協調器的福克E.I.飛機。機槍固定在機身頭部，穿越機頭的螺旋槳旋轉麵射擊而子彈不會擊中旋轉槳葉。這樣，後座的射擊員被取消，駕駛飛機和射擊都由駕駛員來完成。
這種飛機的出現，從根本上改變了空戰的方式，提高了飛機空戰能力。從此確立了殲擊機武器的典型布置形式。此後，殲擊機在速度、高度和火力等方麵不斷改進。第一次世界大戰結束時，殲擊機的最大飛行速度達到200公裏/時，升限高度達6000米，重量接近1噸，發動機功率169千瓦，飛機配備7.62毫米的機槍。當時著名的殲擊機有德國的福克D和E、英國的S.E.5和法國的Spad等。第二次世界大戰期間，殲擊機的最大速度已達700公裏/時，飛行高度達11公裏，重量達6噸，所用活塞式航空發動機製功率接近1470千瓦。武器則由機槍發展到20毫米的機炮和空空火箭。
瞄準係統已有能作前置量計算的陀螺光學瞄準具。這一時期著名的殲擊機有英國的“噴火”式，美國的P-51、P-47，F4U，F6F，日本的零式，KI-43，蘇聯的雅克-3、拉5和德國的Bf-109、Fw-190等。第二次世界大戰末期，德國開始使用Me-262噴氣式殲擊機，最大飛行速度達960公裏/時。戰後噴氣式殲擊機普遍代替了活塞式殲擊機，飛行速度和高度迅速提高。在1950-1953年的抗美援朝中，出現了噴氣式殲擊機空戰的場麵。
中國人民誌願軍空軍使用的米格15和美國的F-86飛機都采用後掠後翼布局，飛行速度都接近音速（1100公裏/時），飛行高度15000米，飛機重量約6噸，發動機推力29420牛。機載武器已發展到20毫米以上的機炮，瞄準係統中裝有雷達測距器。帶加力燃燒室外的渦輪噴氣發動機便於改善飛機外形，殲擊機的速度很快突破了音障。60年代以後，殲擊機的最大速度已超過兩倍音速，配備武器已從機炮、火箭發展為空空導彈。這一時期最著名的殲擊機有美國的F-104、F-4，蘇聯的米格21和法國的“幻影”III等。60年代中期，以蘇聯的米格25和美國的YF-12為代表的殲擊機的速度超過三倍音速，作戰高度約23000米，重量超過30噸。