“兴登堡”号飞艇
德国“鲁姆普勒”C.IV 的爬高优势让当时的战斗机也望尘莫及
其他参战国中，意大利的侦察机更突出高速性，如“安萨尔多”S.V.A.5 单座机的时速高达 230 千米，逼近当时的飞行极限。相比之下，规模较小的俄国航空部队却在大型飞机的运用上独树一帜。西科尔斯基早在 1913 年就试飞成功四发动机的“伊利亚·穆罗梅兹”重型轰炸机。俄国参战后利用这种“巨无霸”组建了历史上第一支轰炸机部队，1915 年 2 月开始对德国占领区实施轰炸突击和远程侦察，而且因组织得当，在 422 次任务中只被击落过一架。
伊利亚.穆罗麦茨号
随着飞机性能的不断改善，侦察设备也在快速发展。战争初期仅凭飞行员目视观察后画下的草图缺乏具体可靠的细节，带上普通相机也难以拍到足够清晰的照片。为此，1915 年英国的桑顿·皮卡德公司首先研制出第一台专业航空相机，不久德国侦察机也配备了本国蔡司公司的同类产品，固定在机身上由观察员操作。1918 年美国柯达公司推出了第一台全自动航空相机，不仅是拍摄效率，图像精度也大幅提高，从 4,500 米高度还能拍到泥地里的足迹。大战末期战况激烈时，双方每天都频繁派出侦察机拍摄成千上万张航空照片，经判读人员分析后得出最新情报，直接影响着战争的进程。
一战中使用的航空相机大多还很简陋
*侦察引发空战*
头顶上出现的飞机即使没有攻击性，也让地面部队感到如芒在背，不得不采取分散和隐蔽措施或转入夜间活动，同时增强防空火力。但这些被动手段无法完全蒙上敌人的眼睛，以飞机对付飞机只是个时间问题。历史上第一次真正意义的空战就是一次空中反侦察作战：1914 年 10 月 5 日，一架法国“瓦赞”飞机在巡逻时，发现德国一架“阿维亚蒂克”侦察机正窥探法军防线。法机逼近对方后，由观察员用机枪将其击落。正是为了消灭和赶走敌方侦察机，才催生出专用的战斗机或称驱逐机，从此引发对制空权的争夺战。飞机在战场上不再是居高临下的旁观者，而演变为更致命的作战武器。
从前线到后方——战场视野的延伸
具备最有效的照相侦察能力的军队将赢得下一场战争。——德国陆军总司令冯·弗立契（1938 年）
不等一战结束，没有人还会否认飞机对于战争的重要性了，英国率先成立独立空军标志着空中力量开始摆脱配角的身份。虽然停战后来自军方的需求锐减，但在民用市场和局部冲突的刺激下，航空技术的发展并未停步，空中作战从理论到实践也逐渐走向成熟。即使在和平时期，飞机也出没在国境内外进行地图测绘和修正，并时刻刺探潜在敌手的实力和动向，为下一场战争作“知己知彼”的准备。
二战爆发时，侦察机在各国空军编制中的比重相对下降，但性能已有了质的飞跃，其中既有专用机型，也有从战斗机和轰炸机改装而来的。机上配备航空相机、无线电台、照明弹等设备供昼夜活动，大型侦察机除了自卫武器还能携带炸弹或鱼雷攻击目标。照相侦察成为空中侦察的核心，二战中有 80% 的战场情报来自航空侦察照片。此时的航空相机普遍加长了焦距，加大了幅面，清晰度和自动化程度进一步提高，可进行垂直和倾斜拍摄。后期还出现了用电子设备探测雷达站和无线电台信号的电子侦察机。在海上战场，水上巡逻机和舰载侦察机担当海军基地和舰队的耳目。不论战火烧到哪里，这些涂着低可见度迷彩的“空中谍眼”都扮演着探路先锋的角色。
纳粹德国出于侵略战争的需要，为空军装备了大量不同类型的侦察机，并积极加以运用。早在 1936 年开始的西班牙内战期间，德国派出的干涉军团就配有侦察机分队。1939 年德军发动闪击战前从空中全面勘查了波兰境内的重要目标，此后经专门改装的 Do 17 和 Ju 86等轰炸机又开始系统地侦察苏联腹地，远至莫斯科和伏尔加地区。不仅利用加装增压器和燃油喷射系统的高空远程侦察机搜集情报，德国空军还很重视直接配合地面作战，具有短距起降能力的 Fi 156 和视野宽广的 Bv 141 等轻型侦察机就活跃在战线前沿。虽然德国没有航空母舰，但象 Fw 200 这样的大型岸基侦察/轰炸机对大西洋上的盟军船队也构成很大威胁。1944 年后走下坡路的德国空军寄希望于少数尖端武器能突破盟军的空中封锁，包括用喷气式的 Me 262 战斗机探查 V-1 火箭对伦敦的袭击效果，用 Ar 234 轰炸机寻找盟军反攻的迹象，甚至试验过 DFS.228 火箭动力侦察机，但都无法挽救纳粹覆灭的命运。
不对称外形的 Bv 141 具有良好的观察视野
另一个战争策源地日本从仿造西方机型起步发展空中力量，面对广阔的中国大陆和太平洋海域，对研制各种侦察机也是不遗余力。和德国相似，日本陆军航空队在作战中也经常使用 C5M 陆上侦察机、Ki-36 直接协同机和 Ki-76 指挥联络机等，提供侦察和校射方面的支援。而海军拥有不少水上侦察机，从 H8K 四发大型巡逻机、 E11A1 夜间侦察机到可用潜艇搭载的 E14Y1 轻型侦察机，作为航母舰载机的补充。二战后期，配属陆军师团的 Ki-46 司令部侦察机和 C6N1“彩云”舰载侦察机以出色的高空高速性能一度让盟军颇感头疼，日军也将其改装成战斗机试图拦截美国的轰炸机群，但这样的困兽犹斗同样以失败告终。
C6N1“彩云”舰载侦察机
一战中只能靠外国飞机作战的美国经过 20 年努力，到加入二战时空中实力已后来居上。陆军航空队的侦察机主要有两类，一类是“O”系列观测机，1942 年后改称“L”系列联络机，如 L-3“蚱蜢”轻型飞机，执行前线观察、通信和救援等任务。一类是“F”系列照相侦察机，多改装自战斗机和轰炸机。将 P-38“闪电”拆掉武器加装航空相机后的 F-5 侦察机就曾在诺曼底登陆前后不间断地监视着滩头阵地和德军动向，保障盟军的反攻行动。而由 B-29 轰炸机改装的 F-13 可在高空避开防空炮火，适用于对日军占领区和日本本土进行远程侦察。美国海军则主要以水陆两栖飞机和舰载战斗机的侦察改型作“舰队之眼”，其中续航力强的 PBY“卡塔利那”在中途岛之战中及时搜索到日军的踪迹，使日本航母招致灭顶之灾。