1940年7月22日，不列颠战役开战第十一天，格林威治时间凌晨，英国南部的夜空中，一颗火球自天际陨落。
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这是一架德国空军道尼尔Do 17中型轰炸机被一架英国皇家空军布里斯托尔“布伦海姆”Mk.IF夜间战斗机成功击落的场景，这是装备机载雷达的夜间战斗机第一次取得战果，也是空战史上的一次里程碑事件。
布伦海姆夜间战斗机机头的形状非常奇特(当然相对于其他大多数英国飞机而言，布伦海姆的造型已经算是很正常了)。20世纪30年代，通过超越同时期战斗机最大飞行速度从而获得生存性的高速轰炸机概念风靡欧洲，布伦海姆和德国空军三大主力中型轰炸机Do 17，He 111，Ju 88都是此类产物
然而诸如Me 109，喷火等速度更快的新式战斗机在不久后开始的二战中迅速打碎了这些高速轰炸机的神话(相似的故事在二战后再次上演)，这些防护能力薄弱，自卫火力差，机动性天然不及单座单发战斗机的中型轰炸机在失去高速这一最大自卫能力后便损失惨重。但这类飞机却比较适合改造为对机动性和高速性要求不高而需要有足够空间和载重量安装机载雷达和更强火力同时保有一定机动性和飞行速度的夜间战斗机，布伦海姆、Do 17/215/217，Ju 88/188都有夜战改型，德国空军第一个夜间战斗机战绩正是由一架Do 215B-5取得的。
不过二战中的夜间轰炸实际上是由英国皇家空军首开先河的，1940年5月10日至11日，惠特尼、汉普顿、威灵顿三种双发中型轰炸机在布列斯特“英俊战士”MK.IF夜间战斗机的护航下对德国多特蒙德进行了夜间轰炸。随着战争进程的推进，脆弱的中型轰炸机不再被英军投入使用，由拥有6吨多的载弹量和强大的自卫火力的兰开斯特、哈里法克斯、斯特林三种重型轰炸机组成的并由德哈维兰蚊式夜间战斗机护航的大规模机群开始执行对德夜间轰炸任务(例如著名的科隆千机大轰炸)。蚊式夜间战斗机有着远超德国空军两种主力夜间战斗机Ju-88C-6/R/G和Bf-110G的飞行性能，德军急需能与蚊式抗衡的夜间战斗机，He 219“夜枭”夜间战斗机由此而生。
1942年8月，德国航空部下令研制新型双发双座夜间战斗机。亨克尔的P.1060方案具备航程优势和优良座舱视野，随后演化成德国最好的量产活塞动力夜间战斗机——He 219。然而受制于德国航空发动机的平庸性能，该机只能通过尽量减小机翼面积以降低阻力提高速度，结果也只是勉强与“蚊”式打了个平手，付出的代价却是翼载达到了惊人的339kg/㎡(He 219A-7)，远高于蚊式和与He 219竞争的Ta 154A-1(275kg/㎡)。过高的翼载荷导致He 219起降性能极差，转弯性能不佳。He 219因此多次出现摔机事故和使用斜射机炮击落目标后躲闪不及而被坠落的目标砸掉的情况。但它的竞争对手——木制飞机Ta 154“蚊”式夜间战斗机的飞行性能也不足以与其追赶的目标蚊式相抗衡，再加上原型机起落架屡屡出现故障，飞机结构所用的胶合板制造极其耗费工时，盟军对生产原本使用的粘合剂的工厂的轰炸后改用的替代粘合剂会腐蚀木质结构，以及盟军对福克沃尔夫工厂的轰炸共同导致了Ta 154的终结。
英德空军之间的夜间攻防也是大洋彼岸的美国陆航夜间战斗机诞生的缘由。1940年8月正是德国空军轰炸伦敦的高峰，美国驻伦敦观察员提洛·C·埃蒙斯中将接触到了关于英国雷达技术最新进展的情报。同时，英国开始向美国求购夜间战斗机，并要求这种战斗机必须拥有至少8小时的滞空时间从而能够整夜在伦敦上空巡弋，此外还要有足够的作战高度以拦截高空轰炸机。这正是二战中盟军唯一专门设计的夜间战斗机——诺斯罗普P-61“黑寡妇”得以诞生的缘由。
P-61“黑寡妇”是一种双发三座重型战斗机，具有中型轰炸机的体量。借助两台R-2800“双黄蜂”发动机，P-61最大飞行速度达到这种体量的选手很难得的590km/h。三名成员分别是飞行员、雷达操作员和炮手，炮手负责操纵机身上部装有4挺12.7mm机枪的遥控炮塔，当然为了有效对付轰炸机，其机腹还安装了4门20mm机炮。P-61在1944年开始服役，此时盟军几乎夺取了全部战场的制空权，P-61并没能取得耀眼的战绩。1948年F-82F“双野马”开始取代P-61，1950年5月一线部队的最后一架P-61从日本撤离，此时距朝鲜战争爆发仅仅还有几个月。
机载雷达是夜间战斗机的眼睛，但在二战时，这双眼睛还远不及后世那般锐利。例如在夜间战斗机第一次取得战果的那次夜间空战中，布伦海姆夜间战斗机安装的AI MK.III机载截击雷达是在2.5千米的距离发现了那架Do 17轰炸机。即使是P-61“黑寡妇”所装备的当时非常先进的SCR-720型雷达最大探测距离也只有约7.77千米，而在晴朗天气下，对空中目标的目视距离通常为10千米(也就是通常所说的视距)，这意味着二战时的机载雷达对于昼间空战是没有意义的。
SCR-720型雷达的碟状天线直径约为73.66厘米。该雷达比其前辈们更轻，也更加紧凑，尽管如此，其重量还是高达188千克，这还没有把电缆的重量包括在内。碟型的发射天线安装在P-61向前伸出的鼻锥内，雷达整流罩由玻璃钢制成。方位接收天线沿着机身布置。在理想的情况下，SCR-720型雷达在夜间作战中最大能对前方180度的范围进行扫描。SCR-720是第一种采用圆锥扫描机制的机载雷达，可把电磁波能量集中到一个前向的锥形区域内，这相比于英国和德国的基于尖峰信号或球形能量区域的雷达系统而言是一个进步。
如果说机载雷达是夜间战斗机的眼睛，但来击落来袭轰炸机的拳头在二战时不是后世的空空导弹，而只是当时的战斗机装备的机炮和机枪。这自然不能在昼间空战中为夜间战斗机带来相较于单发单座战斗机的额外优势。
与此同时，相较于同期单发单座战斗机更大更重的体格、安装机载雷达和引入雷达操作员所带来的额外负载和阻力使得夜间战斗机在飞行性能上相较于同期更轻更快更敏捷的单发单座战斗机具有天然的劣势。总而言之，二战中的夜间战斗机是不会出现在昼间战场的，它们是专注于在夜间拦截敌方轰炸机的暗夜守护者。
相较于在不列颠上空被喷火甚至飓风吊打的Me 110，太平洋战场前期唯一能在和零式的较量中不落下风的P-38“闪电”是二战前开始研发的双发重型战斗机中唯一能在开战后与同期单发战斗机进行空战对抗的，当然原因显而易见——相较于30年代欧洲以远程护航为主同时拥有多用途能力的“战略战斗机”，作为截击机开发的P-38只有一名乘员(Me 110有3个)，不强调多用途作战能力，专注于飞行速度和垂直机动性的提升。但P-38的水平机动性和当时所有的双发战斗机一样比单发战斗机差，这是由物理规律决定的——两台发动机布置在两侧机翼，转动惯量大，滚转性能差，换言之，P-38并不是一架擅长狗斗的战斗机（美国陆航二号王牌托马斯·麦克奎尔在1944年驾驶P-38死在了和日本陆航一式战斗机的格斗中），它的优势是更快的速度和更好的垂直机动性。而加装雷达和增加一名雷达操作员的P-38夜间战斗机改型P-38M的飞行性能自然有所下降。
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