1941年2月28日，J2M1的1號原型機試製完成。經過地麵試車，對螺旋槳和散熱窗做了一番調整之後，3月20日，在三菱公司方麵的試飛員誌摩勝三駕駛下，1號機首飛獲得成功。
從4月1日起，在位於三重縣境內的鈴鹿機場，14試局戰的1號原型機進入了正式的全麵試飛階段。試飛中，試飛員們對於飛機的爬升性能印象深刻，但除了對視野異口同聲的抱怨以外，還發現電驅動起落架動作不良，起落架無法收放的故障頻頻發生。起落架故障這在戰爭中後期的日本海軍飛機中似乎是個普遍性的存在的毛病，日本海軍為此曾經困擾不已。
到1942年5月結束的時候，三菱重工名古屋飛機製造產已經完成了4架J2M1 14試局戰的原型機製造工作，開始交付軍方進行全麵試飛。
多年以後，小福田租大尉在回憶錄中對於試飛14試局戰的經曆留下了這樣的感想：“起飛時在飛機進入水平狀態前完全看不到前方，著陸時也一樣看不見。爬升性能非常強。操舵很敏感，橫向滾轉時感覺相當輕。對於訓練不足的年輕飛行員來說，飛起來會很難。作為高性能的代價，也是沒法子的事。”
有點遺憾的是，試飛開始之後不久的1942年7月下旬，小福田租大尉就轉調入經曆過中途島海戰後重建的第6海軍航空隊擔任飛行隊長，隨後開赴南太平洋前線參戰去了。接替小福田職務的是原航母翔鶴的戰鬥機隊長，參加過從夏威夷作戰到珊瑚海海戰等多次作戰的帆足工大尉。
7月份，軍方根據試飛結果向三菱方麵提出了如下修改要求：
前向和後向視野必須得到一定程度的改善。
由航空本部所提供的VDM螺旋槳便螺距機構必須得到改良。在5700-6000米高度上，最大速度隻能達到310節，低於計算值的323節。爬升性能也低於計算值。因此，有必要進一步強化動力。
一直到零式艦戰為止，日本海軍戰鬥機所采用的螺旋槳還大多是引進美國漢密爾頓·標準公司的製造技術由住友金屬公司所生產的，隨著美日關係日漸緊張，美國中止了對日的航空技術出口，轉向盟友德國的日本又從德國VDM公司引進了螺旋槳製造技術並廣泛應用於戰爭後期的各種機型。14試局戰所采用的就是這樣的螺旋槳。不過由於日本的製造技術不過關，VDM螺旋槳到日本後出了不少亂子。好在這一項與三菱重工方麵無關，三菱可以不用操心。而座艙的視野和飛機速度不足這兩點就需要飛機設計師們來自己操心想辦法了。
這一點倒是不難，將座艙蓋擴大抬高，將飛行員座椅抬高即可。而速度不足的毛病可實在有點令人困惑。當時三菱13試發動機已經正式定型投產為火星10型係列。裝備於J1M1的帶有延長軸和冷卻風扇的的型號叫做火星13型。主持設計工作的高橋巳治郎有些懷疑是發動機實際輸出功率不足，但無法得到確證。
最終三菱重工名古屋發動機製造廠拿出了解決的方法。他們在火星10型係列發動機的基礎上，增加了水、甲醇噴射裝置以強化發動機的最大功率。經過強化的火星20型係列發動機最大起飛功率達到了1850馬力，比火星10係列有了質的提高。解決的方法找到了。經過修改後的火星13型改稱火星23型（軍方編號為MK4R）。考慮到加大功率後需要加強散熱，火星23型的散熱風扇也作了修改。由於大功率的火星發動機散熱一直存在問題，所以在生產過程中又在機頭下方增加了一個大型的冷卻器空氣吸入口用於為發動機軸降溫。
同時，住友金屬公司也找到了解決螺旋槳問題的方法。日本人實在無能力立即消化從德國引進的電驅動螺距調整裝置，於是住友公司方麵索性將電驅動裝置拆除，更換成他們已經很熟悉的液壓驅動係統。同時為螺旋槳增加了一片槳葉。經過修改後的螺旋槳性能基本過關。
實戰結果表明，零戰係列所采用的兩門99式1號20毫米機炮威力不並不足以對付美軍的重型轟炸機，所以空技廠決定對14試局戰的火力部分作出全麵調整用兩門長炮管、大威力的99式2號3型機炮取代了原來的“小便炮”99式1號，每門炮的備彈量也增加到100發，理論上可以發射12秒，實際應用中為了提高供彈係統的可靠性，日軍地勤人員通常會少裝填10發左右的炮彈。為了容納加大的彈鼓，機翼上下增加了一處橢圓形的突起。