（二）雷電全家族
帆足事件解決以後，J2M2正式進入量產。其實，雷電11型也並不能完全令人滿意。以軍方一直所要求的性能來說，雷電11型實際上飛出來的最好成績是596.3公裏/小時，合322節。這不但與軍方希望的340節的理想值差距明顯，實際上也沒有滿足最初的325節的性能要求。不過這不是三菱重工的設計師們的錯。比J2M1要晚一年首飛的川西N1K1-J紫電戰鬥機采用了比火星23型發動機迎風麵積小很多而功率還要略大的譽21型發動機，實際最大平飛速度比雷電11型還要稍慢一點。應該說，三菱重工的飛機設計師們在減阻方麵確實是很有兩把刷子。
（1）J2M3雷電21型
早在雷電11進入批量生產的一年以前，對雷電的進一步改進就開始了。
首先是火力。數年來的實戰經曆已經表明，7.7毫米機槍哪怕是用於對美軍戰鬥機作戰威力也是遠遠不夠，更何況雷電係列戰鬥機的針對目標還是以皮糙肉厚而聞名於世的美國重型轟炸機。為此，改進後的J2M3將機身上方的兩挺7.7毫米機槍取消，在機翼上加裝了兩門20毫米機炮。可能是因為當時長炮管、大威力的99式2號機炮剛剛定型產能不足，也有可能是因為軍方人士對於在機翼上安裝兩門大威力機炮不太有信心，所以增加的這兩門機炮仍然是短身管小威力的99式1號。99式全係列雖然都是厄利空20毫米機炮的仿製型，但是其中99式1號係列仿自FF型，重量為23公斤，全長1.331米，發射為20*72炮彈，初速為600米/秒，理論射速520發/分。99式2號係列仿自FFL機炮，重量為37公斤，全長1.885米，發射為20*101炮彈，初速為750米/秒，理論射速為480發/分。兩相比較，99式2號的炮身比99式1號要長出半米多，彈道性能也要好很多。唯一的問題是，在同一架飛機上同時裝備使用兩種口徑相同而彈藥完全不能通用、彈道也差異相當明顯的機炮，是不是太不把後勤保障人員當人看了一點？對飛行員來說，4炮齊射時要修正彈道也是個不小的難題。後期，也試製了將機翼機炮統一更換為99式2號的雷電21型的改進型，但在投入生產前就已經趕上了軍方對雷電全係列的大規模減產，這個型號沒有投入正式生產就結束了。
由於要安裝兩門20號機炮以及加大的單鏈，需要將每側機翼上機炮安裝與檢查口加大。為此，機翼的強度又略有提高，所以最大俯衝速度仍然能保持在J2M2相同的水平上。
動力方麵對火星23型發動機的齒輪傳動係統做了些不大的調整，修改後的發動機改稱火星23甲型。考慮到J2M係列戰鬥機的主要任務是攻擊敵重型轟炸機，作戰時幾乎不可避免的會沐浴在敵機的密集火網下，為此，海航本部第一次將飛機的生存性視為一個重要方麵加以考慮。
在J2M2的量產過程中，三菱重工就開始為飛機的機身油箱加裝CO2自動噴射滅火器。到改進後的J2M3，三菱重工又在機身油箱外部包覆橡膠層。據日方自己測試，J2M3的防彈油箱馬馬虎虎可以在被一發12.7毫米或者3發7.7毫米機槍普通彈擊中時不至於發生嚴重泄漏。不過考慮到美軍戰鬥機普遍采用的穿甲燃燒彈，日本人的自封油箱會有多大效果似乎還真的需要重新評價一番。
由於采用了防彈橡膠塗層，J2M3的機身油箱容積有所減小。為了彌補在航程上的損失，J2M3采用了加大容積的300升副油箱。
最開始被稱為雷電改的J2M3戰鬥機於1943年10月完成試製首飛成功。
從全係列的第34機開始，三菱重工轉入了J2M3戰鬥機的生產。1944年10月，J2M3正式定型為雷電21型。這也是這個雷電家族中最主要的生產型號。
（2）J2M4雷電32型
在1943年底，日軍方麵根據獲得的情報，認為美軍即將投入使用的B-29重型轟炸機將具有在萬米高空以600公裏/小時的高速度飛行的優越性能。這個性能值對於日本陸海軍的任何戰鬥機來說都是巨大的挑戰。尤其是利用廢氣渦輪增壓器給B-29帶來的超強的高空性能，日本陸海軍沒有一種戰鬥機可以在這個飛行高度上有效作戰。