В создавшейся ситуации японцы попытались выйти путем модернизации имеющихся у них типов вооружения. Фирма Накадзима создала более мощную модификацию двигателя Сакаэ. получившую обозначение модель 21. Новый двигатель имел переработанный редуктор и двухступенчатый механический компрессор, позволявший стабилизировать работу двигателя на больших высотах. До 1146 л.с. (1130 hp – 843 кВт) возросла и мощность двигателя. Самолет, получивший новый двигатель, стал обозначаться как A6M3 модель 32. Первый прототип этой серии поднялся в воздух в июне 1942 года. Однако серийный выпуск откладывался, поскольку двигатель Сакаэ 21 не был доведен. На глаз самолеты A6M3 модель 32 можно было отличить по форме крыльев. Крылья были просто обрублены по линии излома и стали немного короче. Изменилась конструкция и кожуха двигателя. Воздухозаборник для карбюратора перенесли наверх. поэтому верхнюю часть кожуха также подняли выше. При этом он закрыл отверстия для пулеметов. Пришлось делать в кожухе характерные каналы, позволявшие пулеметам стрелять как прежде. Обрубленные крылья в такой степени изменили силуэт машины, что после первых боев модели 32 на Соломоновых островах, союзники присвоили ему новый идентификационный код «Хэп» («Нар»), намекая на прозвище начальника штаба армейской авиации США генерала Генри Арнолда (Arnold). Арнолд обиделся и все сделал для того, чтобы код заменили на «Хэмп» («Натр»), Поскольку двигатель Сакаэ 21 был длиннее и тяжелее своего предшественника, пришлось сократить емкость фюзеляжного топливного бака с 98 до 60 литров, чтобы хотя бы частично скомпенсировать возросшую массу. Обрезанные крылья были благосклонно приняты японскими летчиками. Хотя площадь крыла уменьшилась с 22.44 м^2 до 21.53 м^2 и, соответственно. ухудшилась маневренность самолета. возросла максимальная скорость и скороподъемность (6000 метров набирал за 7 минут 19 секунд против 7 минут 27 секунд у модели 21). Более короткие элероны позволили отказаться от сложной двухступенчатой системы управления ими. что сделало самолет более технологичным. Начиная с четвертого самолета этой серии стали использовать пушки с более вместительным магазином. Новая модификация пушки Тип 99 модель 1 модификация 4 получила боезапас 100 выстрелов на ствол, против 60 у пушки предыдущей модификации. Как и прежде выстрелы к пушке размещались в барабане, но большего чем прежде диаметра. Поскольку новый барабан выступал за габариты крыла, его пришлось закрыть обтекателем. После того как в декабре 1942 года в Новой Гвинее удалось добыть один такой самолет его идентификационный код изменили на «Зик 32» («Zeke 32») и Генри Арнолд окончательно успокоился.
Серийный выпуск самолета A6M3 модель 32 началась в июле 1942 года. Всего флот получил 343 истребителя этого типа.