Новая модификация оказалась очередной полумерой. Японские самолеты стали заметно уступать американским. Технические проблемы с J2M «Райден» и проблемы с двигателем для А7М «Penny» привели к тому, что для «Зеро» не было замены. Поэтому работы по выжиманию из конструкции самолета невозможного продолжались. Однако становилось ясно, что самолет, созданный в 1938 году, никак не сможет сравниться по своим характеристикам с машинами 1944 года. Тем не менее работы продолжались. Во второй раз было усилено вооружение. В крыльях самолета установили но одному пулемету Тип 3 калибра 13.2 мм с ленточном питанием по 240 выстрелов на ствол. Чтобы скомпенсировать возросшую массу, с самолета сняли 7.7-мм пулемет. Таким образом вооружение самолета состояло из двух 20-мм пушек Тип 99 и трех 13.2-мм пулеметов Тип 3. Под крыльями установили направляющие для восьми 10-кг неуправляемых ракет воздух-воздух. Поскольку «Зеро» все чаще и чаще имел противника на хвосте, вместо того, чтобы самому садится на хвост, то пилот получил 8-мм бронеспинку, а толщину бронестекла в задней части фонаря увеличили до 55 мм.
Цвета
В предыдущих модификациях истребителя из-за возросшей нагрузки на крыло значительно уменьшился радиус действия самолета. Военные настаивали на увеличении дальности полета, поэтому за креслом летчика установили дополнительный бензобак емкостью 140 литров. Бензобак оборудовали системой самогерметизации. Все эти изменения привели к тому, что самолет потяжелел на 300 кг по сравнению с предыдущей модификацией. Этот тяжеловес стал называться A6M5с модель 52с. Отец «Зеро» – Дзиро Хорикоси – не принимал участия в работах по совершенствованию самолета, так как был занят созданием нового А7М «Penny». Вместо Хорикоси конструкторский коллектив возглавлял инженер Элитаро Сано. Предвидя ухудшение характеристик самолета Сано запросил Бюро воздухоплавания ВМФ разрешение на установку нового, более мощного двигателя Мицубиси Кинсей-62 мощностью 1369 л.с. (1350 hp – 1007 кВт). Было ясно, что получив более мощный двигатель, самолет вернет себе все утраченные позиции. Но военные разрешения не дали, поскольку все имеющиеся в то время двигатели Кинсей-62 были зарезервированы за новых модификаций пикирующего бомбардировщика Йокосука D4Y3. Более того, были запрещены любые проектные работы по замене двигателя самолета. Запрещение дало о себе знать – когда в сентябре 1944 года в воздух поднялся первый A6M5с. опасения конструкторов в полной мере подтвердились: характеристики самолета были весьма посредственными. Чтобы спасти положение, на самолет установили двигатель Накадзима Сакаэ-31 с впрыском водно-метанольной смеси в цилиндры при форсаже. Поскольку работы над Сакаэ-31 были еще далеки от завершения, на модель 52с продолжали ставить прежние Сакаэ-21. Всего построили 93 самолета, после чего выпуск остановили, ожидая, когда наконец будет готов новый двигатель. Первый самолет с двигателем Сакаэ-31 а полнился в воздух в конце октября 1944 года. Среди прочих новинок, на самолете использовали самогерметизирующиеся топливные баки. К сожалению, двигатель не оправдал возложенных на него надежд. то же случилось и с новыми топливными баками. Японские механики не слишком понимали принцип действия новинки, поэтому от ее применения отказались. Поскольку надежда на дальнейшее улучшение самолета не оправдалась, возобновили выпуск модели 52с. Модель 53с так и осталась в виде одного прототипа. (Некоторые источники утверждают, что несколько самолетов этой модификации построила Накадзима.)