1937年9月，日本海军向三菱公司下达设计任务，要求研制一种与96式相比，速度、火力、特别是航程必须大幅提高的换代机种，1939年9月原型机首飞，称为“12试陆攻”。1940年1月移交海军进行试飞，效果令人满意。由于96式陆攻在中国战场上损失较大，海军决定优先发展所谓的“翼端护航机”，即类似YB-40那样的火力护航机，因此一式陆攻最早投产型号的是十座的G6M1特种用途机，真正的轰炸机型号投产已经是1940年底了。
一式陆攻有一个全金属半硬壳结构的粗壮机身，从头到尾直径几乎不变，两端粗钝的机身获得了“飞行香烟”的绰号，据说是为了考虑让炸弹能全部收入机腹弹舱，让成员能方便地走动联络，给尾炮塔留出射手空间和简化工艺，减少自重等一系列理由才这样设计的，后期油箱改为自封式。在机头、尾、机背及机身两侧设有炮塔枪塔，这在日本飞机中不多见。
该机有多种改型，其中G4M2是1943年春投产的性能改良型，总重增加3吨，采用更厚的层流翼型，翼内燃油量从4900升增加到6490升，发动机、炮塔均有变动，枪塔换成炮塔，炮塔改电动，此后的机型还加装三式空6号雷达。一式陆攻24丁型是火箭动力自杀飞机“樱花”的载机，而且为驾驶舱和油箱增设了装甲。各型总产量达到2416架。
挂载“樱花”的一式陆攻24丁
1941年该机首先交付日本海军高雄航空队，并开始进驻汉口、孝感机场，展开对重庆等大后方的轰炸。珍珠港事件爆发的第二天，54架一式陆攻空袭了驻菲律宾美军以巴机场，此后两天的轰炸炸毁了该机场上的全部美国飞机。两天后鹿屋航空队的26架一式陆攻击沉了英国皇家海军远东舰队的“反击号”战列巡洋舰和“威尔士亲王号”战列舰。由于日本缺乏盟军那些四发重型轰炸机，所以一式陆攻就成了海空大战中日军最有力的战略打击力量之一。
之后一式陆攻参加了瓜达卡纳尔海空战，给美军造成了一些损失，但自己的损失更惨重。当时，采用整体油箱的一式陆攻只要机翼一处中弹起火，便能殃及整架飞机，造成机毁人亡，美军称其为“一点即着的打火机”。
1943年4月18日日本联合舰队司令长官三本五十六被击落时乘坐的即为一式陆攻。
这一年秋天后，随着美国海空军力量日益强大，一式陆攻已不大敢白天出动，给养和机件供应日趋困难。战争的最后一年，一式陆攻开始执行挂载“樱花”自杀飞机去攻击美国舰队。而日本投降代表也是搭乘一式陆攻去参加投降仪式的。
一式陆攻设计比较成功，个别性能指标达到了欧美四发飞机的水平，是日本海军在侵华战争中后期及太平洋战争全期中成功的机种。
参数
型号：三菱 G4M2 'Betty'
类型：7座陆基海军轰炸机
动力：2台1800马力三菱MK4P型2式星型发动机
飞行性能：4600米高度最大飞行时速438公里，爬升至8000米需32分钟，实用升限8950米，航程6059公里。
重量：空重8160公斤，最大起飞重量12500公斤。
尺度：翼展25米，机长20米，机高6米，翼面积78.125平方米。
武器：机头双联7.7毫米92机枪，机身每侧1挺7.7毫米92机枪，机背1门20毫米炮，机尾一门20毫米99式机炮，载弹1000公斤或1枚800公斤鱼雷。
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