第三代戰機是1960年代後主要出現的戰鬥機，其特色為中低空機動靈活性高、配備先進雷達設備、加強導彈應用（例如進行視距外作戰(BVR)）等。
特徵
第三代戰鬥機出現於1960年代，這個階段將先前累積的使用經驗已經各種試驗的結果加以整合。許多高速飛行時的現象和控制問題獲得相當程度的解決，高後掠角度的機翼設計已經不受到青睞，三角翼和幾何可變機翼與後掠角度小於45度的梯形翼成為設計的主流。發動機的輸出透過耐高溫特殊材料和冷卻技術而更上一層樓。雷達與各類航電逐漸成熟與複雜化，機鼻進氣口幾乎完全被放棄，以配合大型雷達天線的安裝需求，而這個需求使得飛機的大小和成本迅速高漲。
第三代戰鬥機將空對空飛彈作為標準武裝之一，並且在越戰、六日戰爭與印巴戰爭當中使用，這些使用經驗對於飛彈系統本身多是負面的評價，不過飛彈的重要性以及發展的方向逐漸在各國受到重視，打下日後的基礎。
前兩代的發展當中，單一用途的攔截機與戰鬥轟炸機進展至此，受惠於各項系統的進步，尤其是雷達與航電的功能以及效能，使得第三代的戰鬥機開始趨向多任務，多用途的路線。此代的戰機以F-4、F-5、MiG-25 為主要代表。
戰鬥機種
南非
- Atlas Cheetah
法國
- 幻象F2 (1966年6月12日首飛)
- Dassault Mirage G (1967年11月18日首飛)
- Dassault Mirage IIIV (1967年11月18日首飛)
巴基斯坦
- Project Sabre II(Project Abandoned)
蘇聯
- Mikoyan-Gurevich Ye-8(1962年9月11日首飛)
- Mikoyan-Gurevich Ye-150/Ye-151/Ye-152 (1959年7月10日首飛)
英國
- Hawker P.1121 (未曾建造)
- Hawker Siddeley P.1154(未曾建造)
美國
- Bell D-188A (未曾建造)
- Douglas F5D Skylancer (1956年4月21日首飛)
- Douglas F6D Missileer (未曾建造)
- General Dynamics/Grumman F-111B (1965年5月18日首飛)
- Grumman XF12F (未曾建造)
- X-27試驗機 (未曾建造)
- YF-12戰鬥機 (1963年8月7日首飛)
- XF-108輕劍戰鬥機 (未曾建造)
- XFV-12戰鬥機 (不能飛行)
- Vought XF8U-3 Crusader III (1958年6月2日首飛)
西德
- EWR VJ 101 (1963年4月10日首飛)
- VFW VAK 191B (1971年9月20日首飛)
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