自杀攻击的零式
A6M5a 零式舰上战斗机 52 甲型
出于对更强火力和更高俯冲速度的需求，1943 年末，出现了 A6M5a，它继承了 52 型的厚蒙皮机翼，最大俯冲速度达到 740 公里/小时，几乎达到了欧洲同时期的标准。机翼 20 毫米 99 式 2 号炮 3 型机炮改成 99 式 2 号炮 4 型，弹药也由 100 发增至 125 发。A6M5a 52 甲型于 1944 年 3 月开始交付，三菱一共生产了 391 架，中岛也有生产，数量不祥。
A6M5b 零式舰上战斗机 52 乙型
A6M5b 是与 A6M5a 并行发展的型号。这种型号有些怪异，出于增加火力的目的，A6M5 机鼻的两挺 7.7 毫米机枪中右侧的一挺被换成了 13.2 毫米机枪，这样机鼻的机枪就一大一小了，另外风挡加装了防弹玻璃，机身油箱周围安装了二氧化碳自动灭火器。A6M5b 可以在每侧翼下挂载 150 升副油箱。三菱共生产 470 架，中岛数量不祥。
排成一列的 A6M5b 52 乙型，在每侧翼下挂载 150 升副油箱
A6M5c 零式舰上战斗机 52 丙型
1944 年夏，不顾零式基本设计的不足，日本人仍继续改进零式。1944 年 7 月 23 日马里亚纳猎火鸡之役后的一个月，日本海军海军要求零式的新改型装甲更厚，火力更强，能装载更多燃料，还必须有俯冲轰炸能力。三菱为此研制了 A6M5c——零式舰上战斗机 52 丙型，佐野荣太郎领导设计。与以前的零式不同，A6M5c 在机翼机炮外侧加装了两挺 13.2 毫米机枪，飞行员座椅后面安装了一块装甲板，为飞行员提供后向的保护，飞行员后的机身加装了 140 升的自密封油箱，翼下挂架还可以安装无导向空空火箭弹。
A6M5c 52 乙型彩色三面图
新飞机在加强装甲、提高火力和增大燃油容积后，重量大大增加，佐野深感荣式发动机动力不足，于是要求改装功率更大的三菱金星 62 型发动机，日本海军拒绝了这项改动，命令三菱继续使用改进过的中岛荣式发动机——具有水-酒精加力装置的荣 31 型，不过这种发动机的进度赶不上 A6M5c，三菱只得暂时依靠荣 21 型。
注意 A6M5c 机翼 20 毫米外侧的 13 毫米机枪
第一架 A6M5c 是用 A6M5 机身改装的，1944 年 9 月首飞。在飞行测验期间，发现机翼机炮周围的蒙皮要补强以保持俯冲性能。在正式生产时取消了自密封油箱，因为日本海军地勤人员缺乏维护这种油箱的经验。由于重量的增加而发动机不变，A6M5c 的性能让人失望，仅仅生产了 93 架。
A6M5-K 零式练习战斗机
A6M5-K 是 A6M5 的纵列双座教练型，与 A6M2-K 相似，也是由佐世保的第 21 海军航空兵器工场设计，项目开始于 1944 年 8 月。日立公司负责生产，到 1945 年 3 月只生产了 7 架。由于太平洋战争局势的恶化，需要更多的作战型飞机，A6M5-K 这种教练机便停止生产。
A6M5-K 教练机
A6M6c 零式舰上战斗机 53 丙型
1944 年 11 月，三菱终于等到了利用的水-酒精提高功率的荣 31 型发动机。荣 31 标准功率与荣 21 相同，加力时功率加大。这种装荣 31 发动机的 A6M5c 被称为 A6M6c，另外机翼内也改装了自密封油箱。1944 年末，三菱制造了首架原型机，海军定型零式舰上战斗机 53 丙型，由中岛小泉工厂量产。A6M6c 性能比 A6M5c 好不到哪里，中岛生产的发动机和机身质量较差，使得 A6M6c 勉强达到 557 公里/小时的速度下限。另外，荣 31 发动机加力时功率比预期的低，注射系统问题不断，难以维护，只有一架样机问世。
A6M7 零式舰上战斗机 63 型
到 1944 末，大部分日本航母都被击沉，日本海军命令三菱发展一种零式的俯冲轰炸型，能在小型航母上操作。结果产生了 A6M7。A6M7 是 A6M6c 的派生型，在原来机腹副油箱位置安装了一个特殊的炸弹挂架，可以挂载一枚 250 千克炸弹或 500 千克炸弹，并且加强了水平尾翼以适应俯冲拉起时的巨大应力，每侧翼下可挂载 150 升副油箱。
A6M7 可以说是零式的最终型号，这时的零式性能已经落后于世界水平
1945 年 5 月 A6M7 定型为零式舰上战斗机 63 型，并开始量产。三菱和中岛都匆忙生产 A6M7，以满足海军对俯冲轰炸机的需求。与早期零战在野战机场临时安装的炸弹挂架相比，A6M7 的挂架可靠性很高。但对于用来进行神风特攻的 A6M7 来说，这项改进毫无意义。
A6M7 翼下的无制导火箭导轨
A6M8 零式舰上战斗机 64 型
A6M8 是零战最后的改型。美军对日本本土的空袭中，中岛的发动机工厂被炸（这时中岛已经决定减少荣式发动机的产量以便转产 18 气缸的誉式星型发动机），结果零战使用的荣式发动机出现短缺。这种情形最终迫使海军批准三菱在零战上使用功率更大的 MK8K 金星 62（Ha-33/62）型 14 缸气冷星型发动机。
1944 年 11 月，使用金星发动机的 A6M8 原型机通过评估。由于三菱 1560 马力的 MK8K 金星 62 发动机直径比荣式大，所以重型设计了零式的前机身，并去掉了安装在机鼻的机枪。同时改进了油箱的自动灭火系统，并增加了油箱容积。与 A6M7 相同，A6M8 机腹挂架可以挂载一枚 500 千克炸弹，机翼下可挂载 150 升副油箱。
1945 年 4 月，生产出了首架 A6M8。飞行试验发现燃料和滑油系统存在诸多问题，并有发动机过热倾向，这架飞机不得不返厂修改。通过扩大滑油罐，修改管线设计，并安装合适的发动机冷却导风板，才排除这些缺陷。1945 年 5 月 25 日，这架 A6M8 在青森完成了服役测试，海军定型为零式舰上战斗机 64 型投入生产。第二架原型机 6 月完成测试，7月这两架飞机都送往横须贺测试航空队。三菱和中岛都生产 A6M8，总共预定生产 6,300 架，不过由于战争最后几个月的混乱情形，A6M8 并未交付。