（一）A6M112試艦戰
這是12試艦戰最早的兩架原型機。與此後的機型性比，1號和2號原型機最大的區別就是采用了一台三菱公司自己開發的瑞星13型發動機。在開發階段，1號機采用了較為傳統的二葉變距螺旋槳，後改用新型的住友——漢密爾頓三葉恒速螺旋槳。2號原型機在1940年3月11日的試飛中因升降舵平衡配重連杆斷裂造成顫振而墜毀。
A6M112試艦戰主要性能指標
型號名稱：A6M1昭和12年試驗艦載戰鬥機
翼展：12.00米
全長：8.79米
全高：3.53米
機翼麵積：22.44平方米
空重：1754公斤
正常起飛重量：2421公斤
動力：三菱瑞星11型14缸風冷活塞發動機驅動一具住友漢密爾頓三葉定速螺旋槳，直徑2.90米
起飛功率：780馬力最大速度：517.6公裏/小時（高度4300米）
爬升性能：達到6000米高度需時7分27秒
實用升限：10300米
俯衝限製速度：629.7公裏/小時
航程：2222公裏（正常）3502公裏（帶副油箱）
武裝：99式1號20毫米機炮2（機翼內，每門炮備彈60發）和97式7.7毫米機槍2機頭處，每挺機槍備彈450發）
炸彈：30公斤或60公斤炸彈2枚
載油量：518升（機內油箱）
（二）A6M2a零戰11型
從12試艦戰的第3號原型機開始，12試艦戰開始換用中島飛機公司所生產的榮12型發動機，飛機的型號也變為A6M2。為了容納形狀略有不同的榮12型發動機，A6M2的發動機整流罩形狀做了一定的修改，其他方麵A6M2與A6M1沒有明顯區別。
在完成了6架原型機之後，12試艦戰轉入量產，並定型為A6M2零式1號1型艦載戰鬥機。1942年12月，日本海軍修改了命名規則以後，零式1號1型改稱為零式11型艦載戰鬥機，簡稱零戰11型。又由於增加了航母上使用所需要的一些設備的A6M2b零式1號2型的問世，1號1型也就相應的改稱為A6M2a。包括3號-6號原型機在內，三菱重工業公司總計生產了A6M2a係列64架。早期在中國戰場上投入使用的大多是零戰11型。很有意思的是，由於缺少著艦設備，零戰11型是不能上航空母艦服役的，一直是作為一架純粹的陸基戰鬥機使用，所以在當時日本海軍的內部文件中，並沒有把11型列為艦戰，而稱之為局地戰鬥機——即要地防空戰鬥機。當然嚴格說來，零戰11型應該算是一架遠程製空、護航戰鬥機。
A6M2a零戰11型主要性能指標
型號名稱：A6M2a零式艦載戰鬥機11型
翼展：12.00米
全長：9.06米
全高：3.53米
機翼麵積：22.44平方米
空重：1754公斤
正常起飛重量：2421公斤
動力：中島榮12型14缸風冷活塞發動機驅動一具住友漢密爾頓三葉定速螺旋槳，直徑2.90米
起飛功率：940馬力最大速度：517.6公裏/小時（高度4300米）
爬升性能：達到6000米高度需時7分27秒
實用升限：10300米
俯衝限製速度：629.7公裏/小時
航程：2222公裏（正常）3502公裏（帶副油箱）
武裝：99式1號20毫米機炮2（機翼內，每門炮備彈60發）和97式7.7毫米機槍2機頭處，每挺機槍備彈450發）
炸彈：30公斤或60公斤炸彈2枚
載油量：535升（機內油箱）+330升（機身副油箱）
（三）A6M2b零戰21型
由於零式1號1型戰鬥機並不適合於上艦，於是三菱重工就在1號1型的基礎上增加了著艦鉤、無線電導航儀等等在航母上起降的所必需的設備（也有說法認為零式1號1型的最後18架就已經裝上了這些設備）。除此之外，由於零戰的的翼展達到12米，對於當時日本海軍的航母所使用的升降機來說過寬，所以新機型將左右機翼的翼梢修改成各有0.5米長的一段可以向上方折疊。這也是1號2型最突出的特征。從1942年12月開始，零式1號2型艦載戰鬥機改稱零式21型艦載戰鬥機，簡稱零戰21型。
從第127號機開始，在飛機的副翼上又增了一小塊平衡配重。在下川事件之後，這項小改動又被取消。
零戰21型的生產從1940年11月開始。到1941年11月，按照軍方的要求，中島飛機公司也獲得了生產授權，開始生產零戰21型。零戰21型在三菱公司的生產到1942年6月結束，共生產了740架。在中島飛機公司，零戰21型的生產一直到1944年4月才告結束，共生產了2821架。兩項合計，零戰21型的總產量為3561架。