发动机的研究在这一时期也取得了明显进步。早期涡喷发动机都是单转子发动机，增压比小，发动机热效率低，耗油率居高不下。此外，这种发动机所有压气机以同一转速运转，有时会出现前几级压气机超速运转，而后几级压气机尚未达到最佳转速的情况。为了解决上述问题，50 年代中后期，双转子发动机开始出现。这种发动机的低压压气机和高压压气机分别由各自的涡轮轴驱动，以不同转速工作，从而获得更高的增压比。美国普•惠 J57 是其中典型代表。50 年代后期，为了适应 A-11 飞机高达 M3 的飞行速度，专门研制的 J58 发动机采用了变循环原理——平时以涡喷发动机方式工作，达到预定速度后开启旁路系统，绕过最后几级压气机和燃烧室、涡轮段，空气直接进入加力燃烧室燃烧，以冲压发动机的循环方式工作。不过这种发动机过于复杂，除了 SR-71 外，再没有一种实用飞机采用变循环发动机。直到 80、90 年代 ATF 选型，配套的通用电气 YF120 发动机才又采用了变循环工作方式，但仍因结构复杂、技术风险等诸多原因败给了 F119。
先进的传感器和信息显示系统
作为航电重要组成部分之一的火控雷达，开始由磁控管雷达过渡到行波管雷达。早期磁控管雷达采用低脉冲重复频率（LPRF），测距精确，但下视能力差。行波管和高速计算机的结合，使得脉冲多普勒雷达（PD 雷达）得以问世。这种雷达可以通过提取目标的多普勒频移将目标从背景杂波中分离出来，从而具备良好的下视能力。光电传感器作为获取外界信息的另一手段，于 1960 年投入实用——早在二战期间德军就曾使用过这种系统，但随着纳粹德国投降而销声匿迹。20 年后，F-4B 和 F-102A 才再度采用了红外传感器。这类传感器属于被动传感器，不会暴露本机位置，但受气象条件影响严重。
随着战术信息的增多，飞行速度提高，老式的仪表盘已经远远不能满足要求。美国海军从1955年开始研究平视显示器，使得飞机员可以在抬头状态下了解所需的飞行、导航、瞄准等相关信息。但第一台实用平显却出自英国人之手。随后，英国“掠夺者”攻击机率先装备平显。到 60 年代末已经出现第二代平显，采用数字式字符发生器，可编程处理，更加准确可靠。
空空导弹和全面导弹化
空空导弹也在这一时期出现并迅速发展。早期空空导弹主要是针对轰炸机的——当时的轰炸机防御火力已经对只装备航炮的截击机构成严重威胁。不过，随着空空导弹性能的提高，开始逐渐具备攻击战斗机的能力。空空导弹靶场试验的乐观结果对战斗机的重型化、多用途化趋势起了推波助澜的作用，并直接造成 60 年代“要导弹不要航炮”现象的出现——当时很多新研制的战斗机都放弃了航炮。只挂装导弹。但这种做法在越南战争期间遭到严重失败，由于导弹性能、可靠性未臻完善，加上其它方面的因素，使得美国空军战斗机一度被老式米格机打得灰头土脸。如同朝鲜战争一样，越南战争空战的结果再次改变了人们对未来空战的看法，直接导致了第三代超音速战斗机的诞生。
初露峥嵘——一战期间的军机发展和技术进步
从沉寂到苏醒——军用飞机在“和平”假象下的艰难发展
血色顶峰——二战期间的军机大发展
蹒跚学步——1945 年到朝鲜战争期间早期喷气式飞机的发展
更快、更高、更强——50～60 年代的军机发展
飞向未来——60 年代末以来作战飞机的发展
印支半岛那片热带丛林上空，用血与火换来的教训表明：典型的第二代超音速战斗机并不能完全适应现代空战模式，以重大代价突出设计的高空高速性能在实战中很少有发挥的余地。设想中的超视距空战主宰一切的时代尚未到来，近距空战仍然是现代空战不可或缺的一环。在这样的思想背景下，第三代战斗机自 60 年代末以来相继问世。由于有越南空战的前车之鉴，其设计目标非常明确，就是要克服越南空战中遇到的问题。其典型特征是：最大速度 M2.0～M2.5，开始采用翼身融合体技术，以及涡升力技术；低翼载，高推重比；大部分采用放宽静稳定度设计；装备第三代中距、近距空空导弹，内置式固定航炮；全向、全高度、全天候火控系统；多功能 PD 雷达。
美国先后研制出 F-14、F-15、F-16、F/A-18 四种第三代超音速战斗机。四兄弟在近年来的几场局部战争中都有上佳表现，以航电设备完善、机动性良好著称。但敌我识别系统仍是美军隐痛，多次发生误伤事故。
F-14、F-15、F-16、F/A-18
苏联直到 80 年代中，第三代战斗机米格-29 和苏-27 才相继服役。这是苏联三代机的代表作，也是苏联战斗机的绝唱。就气动设计而言，苏联三代机并不亚于美国同期产品。但航电水平始终是苏制战机永远的痛。80 年代服役的两种三代机，其航电只相当于美国 70 年代初的水平，严重限制其作战能力的发挥。
西欧各国（英、德、意）在 70 年代研制出“狂风”战斗机，但这实际上是一种多用途战斗轰炸机，性能上和第三代机有较大差距。80 年代为了替换主力制空战斗机，西欧国家再次联合发展，这就是欧洲战斗机（EFA）计划。90 年代后，由于苏联解体，EFA 进度急剧放慢，并降级成为 EF2000。由于研制时期较晚，该机得以采用许多新概念和新技术，作战能力超过典型的第三代战斗机，成为所谓的“三代半”战斗机。
初露峥嵘——一战期间的军机发展和技术进步
从沉寂到苏醒——军用飞机在“和平”假象下的艰难发展
血色顶峰——二战期间的军机大发展
蹒跚学步——1945 年到朝鲜战争期间早期喷气式飞机的发展
更快、更高、更强——50～60 年代的军机发展
飞向未来——60 年代末以来作战飞机的发展