在兩次世界大戰之間，航空技術發展迅速，各主要航空強國都競相研發雙發或多發的中型或重型轟炸機，相比當時普遍為單發的戰鬥機，這些新型轟炸機擁有更遠的航程、更強的自衛武器，甚至一度在速度上也超越戰鬥機，以至於產生了一股“戰鬥機無用論”的歪理邪說。為了與轟炸機的性能進步相適應，各國萌生了研發重型戰鬥機的想法，通常為雙發多座戰鬥機，相比單發輕型戰鬥機航程更遠，能夠攜帶更多的機載武器，並具有較為靈活的機動性，其主要任務是憑藉大航程為轟炸機護航，同時利用強勁的火力攔截並摧毀敵轟炸機。
德國空軍梅塞施密特Bf 110戰鬥機是二戰初期重型雙發戰鬥機的代表。
德國空軍在二戰時期裝備的雙發重型戰鬥機主要有兩種型號：梅塞施密特Bf 110型和Me 210/410型。德國空軍最初要求將Bf 110設計成兼具轟炸和空戰能力的戰鬥轟炸機，梅塞施密特公司在權衡之後，忽略了對轟炸能力的要求，強調空戰能力，推出了了單翼雙發雙座重型戰鬥機，其原型機在試飛時的速度甚至超過Bf 109的早期型號，在機首集中配置了2門20毫米機炮和4挺7.92毫米機槍，前向攻擊力非常強大，還可外掛1000公斤炸彈，可以應付低空轟炸任務。儘管試飛員反映該機機動性欠佳，但德國空軍依然將其列裝，按照“驅逐機”的名義裝備部隊，並抽調最好的飛行員駕駛。
在戰爭初期，德國空軍將Bf 110編入驅逐機聯隊，被視為精英部隊。
在二戰初期，Bf 110的性能尚算先進，在Bf 109的配合下倒是風光了一陣，但在不列顛空戰中面對更加靈活的“颶風”、“噴火”，則完全沒有招架之力，本來該為轟炸機護航的Bf 110結果反而需要Bf 109護航，在不列顛戰役開始時，德國空軍投入了237架Bf 110，結果損失了223架！在戰爭中後期，Bf 110基本上作為戰術支援飛機使用，主要從事對地支援任務。在英美空軍開始對德國本土實施戰略轟炸後，Bf 110也被投入截擊作戰，但是面對B-17的兇猛自衛火力同樣難有作為，戰果不大，損失不小，逐漸退出了晝間空戰行列，實戰證明，Bf 110無論是作為遠程護航戰鬥機，還是晝間截擊機都是不合格的。然而，Bf 110卻在夜間空戰領域大放異彩，夜戰對機動性能要求不高，Bf 110具有較強的火力和較大的空間，便於加裝雷達，自從1942年後Bf 110就成為德國空軍的主力夜間戰鬥機，僅在1943年就有2750架英軍轟炸機被Bf 110擊落。
參與晝間截擊作戰的Bf 110，注意它們將要迎戰的是美軍的P-38戰鬥機。
進行夜間截擊作戰的Bf 110，該機是二戰中最成功的夜間戰鬥機之一。
梅塞施密特Me 210/410是Bf 110的後續機型，但其研發過程一波三折，Me 210被證明是失敗的設計，經過大幅改進後才以Me 410的名義在1943年正式列裝。Me 410在性能上較Bf 110有所提升，並配有內置彈艙，在服役後主要作為快速轟炸機和晝間截擊機使用，甚至能夠安裝50毫米機炮給盟軍重型轟炸機以致命一擊，取得過一舉擊落10架B-17，自身無一損失的佳績。但是，隨著P-51的登場，Me 410再度暴露出難以抗衡單發戰鬥機的劣勢，逐漸退出空戰行列，主要作為高速偵察機使用。
準備從高空截擊B-17機群的Me 410戰鬥機，該機對於無護航的轟炸機群威脅很大，但無力對抗盟軍的護航戰鬥機。
德國空軍在戰爭末期還研製了道尼爾Do 335重型雙發戰鬥機，採用奇特的串列引擎佈局，在很大程度上提升了飛機的機動能力，具備極快的速度和強大的火力，如果能夠大量服役，應該是一款出色的雙發戰鬥機，但戰爭進程沒有留給這種飛機太多的時間，僅製造了37架。
道尼爾Do 335重型戰鬥機，它可能是德國空軍唯一適合空戰的雙發戰鬥機，但沒有得到表現的機會。
當然加入重型戰鬥機俱樂部的不僅僅是德國，還有英國和美國，英國人起初對於轟炸機的突防能力深信不疑，對於重型戰鬥機的開發並不熱心，在二戰時期其主要的重型戰鬥機基本是從雙發轟炸機發展而來的，比如不列顛空戰中，英國空軍就將布侖海姆轟炸機改裝為夜間戰鬥機。英國最成功的雙發重型戰鬥機是布里斯托爾“英俊戰士”和德·哈維蘭“蚊”式，前者由“波弗特”雙發魚雷轟炸機發展而來，具有非常良好的機動性和強勁的武器攜帶能力，主要作為攻擊機使用，執行反艦船和對地攻擊任務，也兼用於夜間防空，但較少作為晝間戰鬥機投入空戰。大名鼎鼎的“蚊”式最初也是作為高速轟炸機研製的，但由於性能非常優秀，後來逐漸作為多用途戰鬥轟炸機使用，“蚊”式可以說是雙發戰鬥機中的異類，儘管機身結構為木製且為雙發機，卻有優良的機動性，被德國空軍認為是最難擊落的盟軍飛機之一。
執行反艦船攻擊任務的“英俊戰士”戰鬥機，該機作為攻擊機非常優秀。
作為夜間戰鬥機的“英俊戰士”。
“蚊”式戰鬥機是英國在二戰時製造的最成功的機型，被譽為“奇蹟的木製機”。
要說二戰時期空戰能力最出色的雙發戰鬥機，那一定是美國洛克希德公司的P-38“閃電”戰鬥機，依靠大功率航發和新穎的雙機身設計，P-38獲得了不輸於單發戰鬥機的機動性能，機首集中配置1門20毫米機炮和4挺12.7毫米機槍，火力強悍，且航程很遠，充分滿足遠程護航的需要。P-38在二戰時期無論在歐洲戰場還是太平洋戰場都取得了驕人的戰績，特別是在太平洋戰場上，產生了美國空戰王牌的前兩名：邦少校（40架）和麥克蓋阿少校（38架），要知道P-38在太平洋戰場上面對的正是以機動性見長的日軍戰鬥機，由於戰鬥力強勁，P-38被日軍飛行員稱為“雙身魔鬼”，P-38的總產量超過10000架，足見其性能之優越。美國海軍也研發了一款雙發重型戰鬥機格魯曼F7F“虎貓”，僅生產了364架，主要作為夜間戰鬥機使用，名氣不大。此外，美軍還裝備了P-61雙發戰鬥機，但是專用的夜間戰鬥機。
P-38“閃電”是與“蚊”式並稱的性能最出色的雙發戰鬥機，也是美軍的主力戰鬥機之一。
美國海軍的F7F雙發戰鬥機。
P-61“黑寡婦”是美軍第一種專門設計的夜間戰鬥機。
受到德國Bf 110的影響，日本也在20世紀30年代後期開始雙發重型戰鬥機，日本陸軍於1941年10月列裝了川崎二式雙座戰鬥機“屠龍”，並派往中國大陸戰場作戰，結果被“飛虎隊”的P-40打得落花流水，日本人只能承認雙發戰鬥機無法對抗單發戰鬥機的事實，此後“屠龍”多用於對地對艦攻擊，被日本陸軍當作襲擊機（攻擊機）使用。戰爭後期，美軍B-29轟炸機空襲日本本土，“屠龍”被當作截擊機用於對抗B-29，並取得了一定的戰果，號稱頭號B-29擊墜王的樫出勇大尉號稱駕駛“屠龍”擊落了26架B-29，但是大多數情況下“屠龍”都很難對B-29構成威脅，迫使日軍採取自殺撞擊的方式與之同歸於盡。
日本陸軍的“屠龍”戰鬥機，名字很霸氣，可惜在天上基本是被屠的貨色。
日本海軍也以十三試雙發陸上戰鬥機的名義委託中島公司研製重型戰鬥機，但在測試階段就得出機動性無法勝任與單發戰鬥機空戰的結論，最後作為二式陸上偵察機列裝，但是在拉包爾戰場，前線部隊對二式陸偵進行改造，用於在夜間攔截美軍轟炸機，取得了意外的效果，於是這種雙發戰鬥機成為日本海軍的第一種夜間戰鬥機，命名為“月光”，日本海軍頭號夜戰王牌工藤重敏一飛曹宣稱在“月光”上取得了12個擊墜記錄。不過，與“屠龍”一樣，“月光”在戰爭後期面對B-29時也暴露出性能不足的劣勢。日本海軍在戰爭末期還研製了雙發截擊機“天雷”，但僅完成了6架樣機。
日本海軍第一種夜間戰鬥機“月光”，日本海軍相比陸軍多少聰明一點，沒讓這種飛機作為晝間戰鬥機去丟人現眼。
法國作為歐洲的航空大國，也投身於雙發戰鬥機的研製，在1938年列裝了波泰Potez 630型戰鬥機。法國人對雙發重型戰鬥機的定位與其他國家有些不同，法國空軍將其作為單發戰鬥機的指揮機使用，同時兼行為轟炸機護航及夜間防空任務，因此Potez 630型戰鬥機最初與單發戰鬥機混編，但是後來法國空軍意識到雙發和單發戰鬥機難以協調，將Potez 630型戰鬥機集中編組，用於訓練和夜間防空。Potez 630的操縱性能不錯，但速度和火力均遜色於主要競爭對手Bf 110，由於法國在戰爭中迅速戰敗，Potez 630也沒有太多的亮相機會。
法國空軍的波泰630型戰鬥機，性能較為平庸。
縱觀整個二戰，雙發重型戰鬥機的概念被實戰證明並不是一個成功的設想，實際上除了“蚊”式和P-38之外，沒有一種雙發戰鬥機達成其最初設定的任務目標：遠程護航和截擊，但是作為夜間戰鬥機和戰術支援飛機，雙發戰鬥機是非常合適的。
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