B-52 的退役仍遥遥无期
随着时间推移，空地一体防御体系性能日益完善配套，轰炸机再也不能象以往那样大摇大摆长驱直入了。在这种情况下，超音速轰炸机应运而生。美国研制出无尾三角翼布局的 B-58，这是一种 M2 一级的中程战略轰炸机。但因使用、维护方面的诸多问题而很快退役。M3 一级的重型战略轰炸机 XB-70 则胎死腹中。苏联方面推出图-22 作为回应，这是一种常规布局飞机，和 B-58 相比，该机要幸运得多，一直服役到苏联解体以后，并有少量出口。法国也来凑热闹，发展出幻影 IV 超音速中程轰炸机。
B-58 的机腹吊舱中可装载武器和燃油
50 年代以后，美苏空军对专用攻击机失去了兴趣，认为高速战斗轰炸机足以取代其地位。苏联空军甚至撤销了强击航空兵。而美国海军则继续坚持发展专用攻击机，并研制出如 A-4、A-6 等一系列经典机型。这一时期，欧洲方面在意大利菲亚特 G.91 之后，也没有专用攻击机出现。尽管“鹞”最终是以攻击机的面目出现，但其原形 P.1127 和发展型 P.1154 在当时却是作为垂直起降战斗机来研制的。但在接下来的几场战争中，残酷的事实证明，在当时的技术条件下，战斗轰炸机并不能取代专用攻击机，由于防护能力不足，使得战斗轰炸机在严密防空体系下的生存率要低于专用攻击机，而其飞行性能也并不完全适合低空攻击。
A-4 的机动性能堪比战斗机
50～60 年代的技术发展
新颖的气动布局
在德国研究基础上发展而来的无尾三角翼布局，具有结构强度高、重量轻、内部容积大、跨音速阻力小和焦点移动小等优点，特别适合高速飞机。不过这一布局的缺点也非常明显——机翼升力系数低，机翼后缘用于布置升降副翼，无法放襟翼增升导致起降性能差；大过载机动时在机翼后缘产生较大负升力。为此，瑞典的 Saab-35 将机翼外侧后掠角减小，构成所谓的“双三角翼”，缓解了上述问题。
60 年代后期开始出现变后掠翼布局。这种布局兼有大展弦比平直翼低速升力特性好和大后掠角小展弦比机翼高速阻力小的优势，一度引起航空界的广泛兴趣。但这种布局设计难度高，重量大，结构复杂，在一定程度上抵消了变后掠技术带来的优势。第一种实用的变后掠翼飞机 F-111，其舰载型正是由于结构超重而停止发展。投产的空军型也由于过于笨重而不具备当初设想的对空作战能力。
F-111A 的机翼变化过程
飞行控制问题及其解决措施
随着飞机速度迅速提高，飞行控制问题日益突出。
首先是横向控制问题。早在二战时期就已经发现由于机翼刚度问题，使得飞机在接近副翼反效速度时效率急剧下降。而进入超音速时代，机翼相对厚度进一步减小，这一问题更加突出。对此，最早是采用加大机翼根梢比的方法，借以提高机翼刚度。接着引入扰流片进行横向控制，还避免了副翼偏转造成的不利偏航效应。后来差动平尾开始出现，利用平尾不同步偏转产生横向力矩进行高速横侧控制——这一技术后来被广泛采用。
F-22 的平尾差动
其次是“惯性耦合”问题。当初 X-1 对高速飞行的研究试飞就已经发现：超音速后，飞机的方向稳定性将随着飞行速度的增大而下降，由此引发“惯性耦合”问题。这是由于飞机质量分布在滚转时产生的不稳定力矩造成的。当这种不稳定力矩超过飞机垂尾提供的稳定力矩时，飞机就会失控。F-100 曾经因为这一问题全面停飞，造成严重损失。解决这一问题，一是提高飞机高速方向稳定性，另一途径是引入先进的自动飞行控制系统，利用舵面自动偏转提高稳定性。
需要指出的是，在这一时期，失速尾旋问题并没有得到明显重视和很好的解决。当时飞机的设计思路是首先保证飞机的高性能和高机动性，为此不惜牺牲其大迎角飞行品质。对于可能出现的尾旋问题，主要采用告警方式加以弥补。因此这一时期的飞机尾旋特性都不好，尾旋事故频频。如在 1966 至 1970 年间，美国空军因尾旋而损失飞机 225 架！
多转子发动机和变循环技术
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。
J58 的变循环过程
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。
F-4 机鼻下方的红外传感器
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。