零戰的另一個優勢就是火力。
由於在設計之初就有作為艦隊防空戰鬥機攔截敵攻擊機、轟炸機的需要，所以零戰從一開始就擁有兩門20毫米機炮和兩挺7.7毫米機槍，從投入現役的時間來說，零戰11型還要早於德國擁有類似武裝的BF-109E3。應該承認，日本海軍采用20毫米機炮在世界上也是比較早的。確切一點說，零戰11型的確是世界上最早的擁有兩門20毫米機炮的實用型戰鬥機。日本研究者一貫認為這是零戰獨步全球的一個突出優勢，這倒不也不能說沒道理。
在當時，厄利空公司共開發了總計開發了FF、FFL和FFS三種規格的20毫米機炮，尺寸、重量和威力自小到大依次排列。早期型號的零戰所裝備99式1號20毫米機炮是日本按照專利仿製生產的瑞士厄利空（Olerikon）公司的FF機炮。後期的零戰所采用的99式2號20毫米機炮實際上是仿製生產的FFL機炮。德國空軍所裝備的從BF-109E和FW-190A1到FW-190A戰鬥機早期也采用了同樣的機炮。到1941年以後逐步被威力更大、初速更高、射速更快的MG-151/20機炮所取代。
厄利空FF機炮的重量較輕，甚至比勃朗寧12.7毫米機槍還要輕，這就使零戰這樣的輕型戰鬥機裝備20毫米機炮成為可能。
按照供彈方式，99式機炮又分為2型（60發彈鼓）、3型（100發彈鼓）、4型（125發或250發彈鏈）等多個亞型。這也是整個第二次世界大戰期間日本海軍戰鬥機的標準機炮，普遍裝備到零式艦戰全係列、局地戰鬥機雷電、局地戰鬥機紫電/紫電改、夜間戰鬥機月光等大多數海軍一線作戰飛機。
99式1號2型機炮主要性能
全長：1331毫米
重量：23公斤
炮口初速：600米/秒
理論速度：約520發/分
供彈方式：60發彈鼓供彈
發射彈藥：20X72RB
彈頭重量：129克
主要裝備機型：零戰11型到零戰21型20毫米機炮具有7.7毫米機槍所無可比擬的破壞力。擁有20毫米機炮至少在理論上擊毀歐美的重型轟炸機成為可能。到戰爭中後期零戰在飛行性能已經無優勢可言的時候，擁有威力較大的武器這是零戰仍然具有一定戰鬥力的一個重要因素。僅僅從火力的選擇來說，1937年的日本海軍航空兵本部還是相當有遠見性的。
問題在於，火力的強弱也不能全看武器的口徑。從性能指標看，99式1號機炮的發射速度、炮口初速等指標都有些偏低。較低的炮口初速也就意味著更彎曲的彈道。這對於飛行員的瞄準、修正都是相當大的麻煩。日軍飛行員戲稱為“小便彈”。對於這一點，在第一線作戰的飛行員們也是怨言頗多。早在中國戰場時期，前線部隊的作戰報告中就曾經非常嚴厲的批評初速低、彈道完全的20毫米機炮實際上“有百害而無一利”，當然這個說法也很不公平就是了。不過也因為99式1號20毫米機炮確實很難使用，在與美軍戰鬥機的格鬥中，日軍飛行員甚至有更偏愛使用威力小但射擊精度較高的7.7毫米機槍的傾向。較低的射擊精度這又在相當程度上降低了20毫米機炮的價值。基本上說，隻有經驗豐富的飛行老手才能夠準確有效的采用99式1號機炮進行射擊。
說完了好聽的再來說難聽的。零戰的弱點和它的優點一樣突出。在這其中，最突出的一點莫過於其非常糟糕的生存性能。在零戰的開發階段，由於軍方對於性能的過高要求，直接導致了設計師對於飛機徹底輕量化，或者說對於飛機結構強度的過分削弱。如果說在正常的飛行中零戰都有空中解體的可能，那麼挨上幾發子彈又會是什麼結果呢？至於在當時歐美的戰鬥機中已經全麵普及的座艙裝甲、防彈玻璃、自封油箱等早期和中期的零戰更是想都別想。從零戰11型到零戰52型完全是無防護的。即便在非常輕視生存性能的日本戰鬥機中，這也是太過分了，絕對的倒數第一。
技術再好的王牌飛行員也難免會有被擊中的可能。一架生存性能良好的飛機首先是不那麼容易被擊落，其次是即便被擊落也有可能最大限度地保住飛行員的生命。對於一支空中力量來說，經曆過戰火考驗的飛行員那可是價值超越鑽石的最珍貴的財富。而且這種財富一旦受到損失，可比幾架飛機要難以恢複得多了。