381航空隊剛走，在橫須賀的追濱基地，11月15日，日本海軍又忙不迭地組建了第二支專用的防空截擊機部隊——第301海軍航空隊。與負責後方防空的381空不同，301空是正兒八經的準備投入拉包爾前線作戰的雷電部隊。航空隊司令八木勝利中佐，飛行隊長是經曆過夏威夷、中途島等曆次作戰的零戰王牌藤田怡與藏大尉。
和海軍組建新部隊的速度比起來，三菱重工方麵生產飛機的進度就顯得有點拖遝。要滿足兩個航空隊基本的作戰需要，至少也需要50架飛機。而從雷電11型正式投產到1943年底，三菱重工隻生產了30多架。
更糟的事情發生在1944年1月5日。在3架雷電參加的空靶射擊訓練中，一架雷電11型戰鬥機按照戰術要求俯衝射擊脫離時突然空中解體，飛行員當場死亡。
失事的飛機是1943年12月27日剛剛交付381航空隊的新飛機，駕駛員是隻有220飛行小時，在雷電上隻飛過10個起落的新飛行員，可謂是新兵新槍。無論是飛機自身的故障還是飛行員操縱失誤都不能排除。經過分析，最後海軍空技廠方麵認定，雷電11型的發動機安裝支架與機體的連接鎖具強度不足，劇烈機動時與發動機產生共振。共振進一步放大到整個機身導致飛機因強烈的振動解體。三菱公司方麵對於飛機的相關部位做出了補強作業，以後再沒有發生過同類事故。
事故的發生進一步影響了雷電戰鬥機的裝備和訓練速度。由於負責荷屬東印度群島地區的第28航空戰隊戰力嚴重不足，急於要求381空投入使用，最後日本海軍索性將381空的雷電都留在日本國內，為航空隊主力配置了不少零戰52型送到了巴厘巴板。一直到1945年8月以後，駐防巴厘巴板的381空才重新裝備了新生產的雷電21型戰鬥機。
預定用於拉包爾方麵作戰的301空更倒黴。航空隊的訓練才剛剛正式開始，1944年2月16日-17日，美國海軍的艦載機猛烈空襲了日本海軍在南太平洋上的最重要基地特魯克，將基地內的日本海空軍兵力炸得雞飛狗跳，特魯克已經徹底失去了作為基地的價值。既然後方的特魯克都沒什麼用處了，那麼前方的拉包爾當然更沒必要拚死力爭。為了縮短戰線，2月下旬，原駐守於拉包爾、特魯克的日本海軍基地航空兵部隊奉命全部撤離，退守馬紹爾群島一線。至於拉包爾、特魯克的十幾萬地麵部隊，那就由他去吧。於是，301航空隊原定的進駐拉包爾的計劃也就在正式啟動前終止了。
3月初，隨著美軍對塞班、提尼安島的空襲規模進一步擴大，日本海軍判斷本土也有遭到攻擊的可能性，於是包括301航空隊的雷電戰鬥機在內的日本海軍本土部隊全部進入了臨戰狀態。對於新型的雷電戰鬥機來說，進行戰備值班這還是第一次。以後隨著美軍這一輪攻勢的逐漸退潮，3月6日，301航空隊解除了戰備值班狀態重歸訓練狀態。
到1944年5月，301航空隊已經獲得了50架雷電戰鬥機，再加上後編入的零戰部隊，301航空隊已經擴編為擁有兩個戰鬥飛行隊，110餘架戰鬥機的大部隊。在訓練中，301空的飛行員發現，如果采取在低轟炸機上方俯衝攻擊的方式，可以大大縮小被轟炸機的自衛火力擊中的可能性。但是雷電11型戰鬥機所采用的99-1型20毫米機炮彈道性能不佳，俯衝射擊時彈道會低於瞄準線，而且因為此時飛行員看不到彈道而難以做出修正。所以在301空的要求下，以後雷電戰鬥機的機炮均采用為略微偏離機身軸線，指向上方3.5度的安裝方式。
5月下旬，301航空隊的編製、訓練工作基本完成。301航空隊主力奉命編入第22航空艦隊，準備進駐特魯克和塞班島，後將基地修改為硫磺島和塞班島。6月11日，美軍開始猛烈攻擊馬紹爾群島內的塞班、提尼安、關島，301航空隊全力投入戰鬥的時候到來了。然而令日軍感到尷尬的是，從日本本土的管山飛到硫磺島基地航程大約為600海裏，對於雷電11型戰鬥機來說已經有點勉強。偏偏此時正是梅雨季節，航程途中又有可能與美軍艦載機相遭遇，要在這種時候完場1100公裏的轉場飛行困難重重。最終，301航空隊不得不將已經準備好的49架雷電11型戰鬥機又飛回了追濱基地更換為零戰52型重新投入戰鬥。301空原有的雷電11型戰鬥機後來轉交給了新組建的第302海軍航空隊。就這樣，到7月10日第301海軍航空隊在硫磺島迎來覆滅之日為止，沒有一架雷電戰鬥機得以投入戰鬥。