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第三代战机是1960年代后主要出现的战斗机，其特色为中低空机动灵活性高、配备先进雷达设备、加强导弹应用（例如进行视距外作战(BVR)）等。
第三代战斗机出现于1960年代，这个阶段将先前累积的使用经验已经各种试验的结果加以整合。许多高速飞行时的现象和控制问题获得相当程度的解决，高后掠角度的机翼设计已经不受到青睐，三角翼和几何可变机翼与后掠角度小于45度的梯形翼成为设计的主流。发动机的输出透过耐高温特殊材料和冷却技术而更上一层楼。雷达与各类航电逐渐成熟与复杂化，机鼻进气口几乎完全被放弃，以配合大型雷达天线的安装需求，而这个需求使得飞机的大小和成本迅速高涨。
第三代战斗机将空对空导弹作为标准武装之一，并且在越战、六日战争与印巴战争当中使用，这些使用经验对于导弹系统本身多是负面的评价，不过导弹的重要性以及发展的方向逐渐在各国受到重视，打下日后的基础。
前两代的发展当中，单一用途的拦截机与战斗轰炸机进展至此，受惠于各项系统的进步，尤其是雷达与航电的功能以及效能，使得第三代的战斗机开始趋向多任务，多用途的路线。此代的战机以F-4、F-5、MiG-25 为主要代表。
南非
- Atlas Cheetah
法国
- 幻象F2 (1966年6月12日首飞)
- Dassault Mirage G (1967年11月18日首飞)
- Dassault Mirage IIIV (1967年11月18日首飞)
巴基斯坦
- Project Sabre II(Project Abandoned)
苏联
- Mikoyan-Gurevich Ye-8(1962年9月11日首飞)
- Mikoyan-Gurevich Ye-150/Ye-151/Ye-152 (1959年7月10日首飞)
英国
- Hawker P.1121 (未曾建造)
- Hawker Siddeley P.1154(未曾建造)
美国
- Bell D-188A (未曾建造)
- Douglas F5D Skylancer (1956年4月21日首飞)
- Douglas F6D Missileer (未曾建造)
- General Dynamics/Grumman F-111B (1965年5月18日首飞)
- Grumman XF12F (未曾建造)
- X-27试验机 (未曾建造)
- YF-12战斗机 (1963年8月7日首飞)
- XF-108轻剑战斗机 (未曾建造)
- XFV-12战斗机 (不能飞行)
- Vought XF8U-3 Crusader III (1958年6月2日首飞)
西德
- EWR VJ 101 (1963年4月10日首飞)
- VFW VAK 191B (1971年9月20日首飞)
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