較早的10式艦戰完全出自英國設計師之手，試飛也同樣有英國試飛員參與。接下來的3式艦戰則是在引進英國的原型機基礎上略加改動而成的日本版鬥雞戰鬥機。隨著日本航空工業的發展和日籍設計師能力的不斷提高，從20世紀30年代初期開始，日本海軍戰鬥機開始由純粹的仿製國外機型的階段向自行設計自行製造的階段發展。
（一）中島90式艦戰
由日本國內設計師自行開發的第一種海軍戰鬥機是中島A2N 90式艦載戰鬥機（九〇式艦上戰鬥機）。
1928年6月，美國波音飛機公司在已有的波音F3B戰鬥機的基礎上，自行籌資開發出了一種新型戰鬥機，公司內部名稱99型。波音99型的的性能十分優秀，很快被美國海軍航空兵和陸軍航空兵所看中並采購。海軍型被稱為F4B戰鬥機，陸軍型被稱為P-12戰鬥機。陸海軍合計采購了553架，另有33架外銷。海軍型F4B戰鬥機在美國海軍中作為一線裝備一直服役到20世紀30年代後期才被格魯曼F3F戰鬥機所取代。到太平洋戰爭爆發時，美國海軍還有大約30架F4B係列作為雜用機在繼續使用。
日本一樣看中了P-12/F4B係列。1929年，日本以民用飛機的名義，向波音公司購入了兩架P-12/F4B的出口型波音100D用於研究參考。值得一提的是，在一二八事變中被擊落的美國誌願飛行員肖特所駕駛的那架波音218戰鬥機實際上也是P-12/F4B係列的出口型之一。
在贏得了3式艦戰的訂單之後，中島飛機公司方麵一時士氣大振意氣揚揚，“海軍新機舍我中島其誰”。以波音100D和前一年購入的波音69B（波音F2B戰鬥機的出口型）飛機為參考樣本，中島飛機公司開始了下一代海軍戰鬥機的開發工作。
新機型的設計由日本“國產”的設計師吉田孝雄主持，因此公司內部代號為NY戰鬥機，其中N代表中島（Nakajima），Y代表吉田（Yoshida）。
動力方麵，NY戰鬥機沿用了上代3式2號艦戰的布裏斯托爾木星7型發動機，機體部分則基本上照搬了波音100D戰鬥機的設計，所以在外觀上90艦戰與原版的美國F4B係列戰鬥機區別不是很大。而在飛機的內部結構方麵，NY戰鬥機則參考了英國布裏斯托爾公司的鬥牛犬（Bulldog）戰鬥機，所以在中島飛機公司內部，NY戰鬥機又被戲稱為吉田鬥牛犬。往實際上說，NY戰鬥機其實就是波音飛機與布裏斯托爾飛機的混血兒，設計師吉田孝雄所起的作用就是把美國和英國的設計綜合在一起。NY戰鬥機當然還遠遠說不上是日本設計師的獨立設計，不過與此前的純粹按照國外設計仿製生產相比，至少也算是向獨立設計邁出了第一步。
1930年，吉田牛頭犬戰鬥機的1號樣機完成交付海軍測試。軍方測試的結果並不令人滿意，與同時裝備的3式2號艦戰相比，NY戰鬥機並沒有顯示出很明顯的優勢。
中島公司方麵當然更不滿意，在吉田鬥牛犬戰鬥機的基礎上，公司方麵又進行改進。動力係統由原來的水星6型發動機更換成了中島飛機公司在水星6型的基礎上稍加改進而成的壽2改1型發動機，起飛功率加大到580馬力。機翼則與波音69型飛機相同。
1932年1月，被稱為NY改的新飛機交付海軍測試。試飛結果表明，NY改戰鬥機的速度、爬升性能全麵優於已有的3式2號艦戰，雖然盤旋能力有所下降，但是憑借更快的速度和更強的爬升性能，實際空戰中不難搶占有利高度發起先發製人的攻擊。軍方綜合評定認為NY改戰鬥機的性能超出3式艦戰大約20%。
對於這個測試結果，日本海軍方麵表示滿意。1932年4月，NY改戰鬥機以A2N90式艦載戰鬥機（九〇式艦上戰鬥機）的名義正式定型。當年7月，90艦戰投產並開始裝備日本海軍。
90艦戰共有3種亞型。
A2N1 90式1號：最早的生產型，下翼帶有3度上反角，兩挺7.7毫米機槍配置於機身兩側。
A2N2 90式2號：90式係列的最主要的生產型。與1號相比，最大的改進是將兩挺機槍移至機身上部，原來的機槍安裝部位改成了機身油箱。
A2N3
90式3號：將90式艦戰的上翼增加了5度上反角的改型。起落架上原有的整流罩被取消。與較早期型號相比，90式3號艦戰的飛行速度略有提高。
A2N3：在90式3號的基礎上增加了第二個座艙和操縱係統的戰鬥教練型，有時候也被稱為90式雙座戰鬥教練機（九〇式複座練習戰鬥機」）。而全新生產的90式戰鬥教練機又被稱為A3N1-1。
90式艦載戰鬥機全係列在中島飛機公司共生產了約40架，在海軍佐世保工廠生產了約100架，全新的戰鬥教練型A3N1-1生產了66架，以上各型合計總產量在200架左右。
在中日戰爭初期的淞滬會戰期間，除了正在大修中的赤城號航空母艦以外，日本海軍把全部可動用的3艘航母加賀、龍驤、鳳翔均投入了戰鬥。這3艘航空母艦的艦載戰鬥機主力都是90式艦載戰鬥機。由於航程不足，90艦戰無力參加對中國內地的進攻作戰，主要負責艦隊防空。在8月的空戰中，90艦戰小有表現。8月25日，中國空軍14中隊的的馬丁139WC轟炸機和19中隊的海因克爾He-111A0轟炸機出擊日軍艦隊。由岡本晴年中尉率領的航母鳳翔戰鬥機隊攔截並擊落了兩架中國空軍的He-111A0轟炸機（日軍戰史記載為擊落一架美製馬丁轟炸機）。