Уменьшение емкости топливных баков с одной стороны и уменьшение поверхности крыльев, а также повышенный расход топлива более мощным двигателем с другой, привели к тому, что дальность действия самолета заметно сократилась. Это очень не понравилось Штабу морской авиации, поскольку из-за потери части авианосцев под Мидуэем, самолетам теперь приходилось летать без дозаправки на большие расстояния. Поэтому опять на самолетах стали применять крылья со складывающимися концами. Так появился A6M3 модель 22. Всего было построено 560 машин этого типа, в бой они вступили в конце 1942 года, действуя с баз в Буне (Новая Гвинея) и Буке (Соломоновы острова). Новый самолет весил еше больше чем модель 32 не только из-за более длинных крыльев, но и из-за того, что в крыльях разместили два дополнительных топливных бака емкостью по 45 литров. С другой стороны модель 22 получила радиус действия больше, чем любой другой истребитель A6M. Такой радиус действия был необходим для того, чтобы самолеты могли достигать Гуадалканала с Рабаула, расположенного в 560 милях (более 1000 км). Па некоторые истребители модель 22 поставили новые пушки Тип 99 модель 2 модификация 3, характеризовавшиеся длинным стволом, большей скорострельностью и увеличенной начальной скоростью снаряда, что позволило повысить дальность эффективного огня. Такой самолет получил обозначение модель 22а (модель 22ко), Небольшое количество машин этой серии получило по две пушки калибра 30 мм. которые разместили в крыльях. Однако в серию такие машины не пошли, поскольку слишком «нежная» конструкция крыльев не выдерживала перегрузок при стрельбе из такого оружия.
Кроме того, два самолета модель 32 были в экспериментальном порядке оснащены турбокомпрессорами. Обе машины направили на Дай-Ичи Кайгун Гидзицусё (1-й технический арсенал ВМФ) в Ёкосуке, однако дальнейшая судьба этих самолетов неизвестна. Есть данные, что они получили обозначение A6M4.
Конструкторское бюро продолжало работы над более совершенными конструкциями. Поскольку одно время инженеры были перегружены работой по совершенствованию A6M2, конструирование нового истребителя-перехватчика 14-Си (J2M «Райден»), техническое задание на который было выдано еще в 1939 году, и потомка «Зеро» – истребителя А7М «Реппу›, техническое задание на который Мицубиси получила в июле 1942 года, практически не продвигалось. Прототип «Райдена» поднялся в воздух только в марте 1942 года, а прототип «Реппу» – в мае 1944 года.