Важность воздушной разведки и артиллерийского прицеливания (особенно последнего) позволила понять, что воюющая сторона, способная лишить противника возможности использовать воздушное пространство над полем боя, будет иметь огромные преимущества. Это осознание привело к появлению истребителей как отдельной категории самолетов. В первые дни войны пилоты и наблюдатели обстреливали вражеские самолеты из пистолетов, винтовок и даже дробовиков, но без особого эффекта. Очевидным решением стали пулеметы. В 1913 году британская компания Vickers продемонстрировала двухместный биплан с толкающим двигателем (т.е. с пропеллером позади двигателя), вооруженный пулеметом, из которого стрелял наблюдатель, сидевший впереди пилота в отсеке, похожем на тубус. Развитие этой машины, Vickers F.B.5 Gunbus, поступило на вооружение в начале 1915 года как первый серийный самолет, с самого начала спроектированный с вооружением класса «воздух-воздух». Французы вооружали пулеметами аналогичные по конфигурации Voisin (один из них сбил немецкий самолет еще 5 октября 1914 года), но, обремененные дополнительным весом наблюдателя и пушки, такие самолеты были медленными и неуправляемыми, и их успехи были в основном результатом случайных встреч. Легкие одноместные самолеты тракторной компоновки (т.е. с пропеллером в носовой части) имели гораздо лучшие характеристики, но попытки вооружить их пулеметами, стреляющими под углом, чтобы избежать попадания в пропеллер, не принесли успеха.
Решение проблемы появилось весной 1915 года в виде прерывателя, или синхронизирующего устройства для пулемета, разработанного французским инженером Раймоном Сольнье. Оно регулировало огонь пулемета таким образом, чтобы пули проходили между лопастями вращающегося винта. Сам по себе прерыватель был не нов: немецкий патент на такое устройство был получен швейцарским инженером Францем Шнайдером еще до войны. Настоящий прорыв совершил Ролан Гаррос, известный до войны спортивный пилот и друг Сольнье, который понял, что пулемет, оснащенный таким устройством и жестко закрепленный на фюзеляже, может быть точно нацелен, просто направив самолет в нужную сторону. Хотя французский пулемет имел склонность к «зависанию», поэтому на задней части лопастей винта пришлось установить стальные отражательные пластины, чтобы предотвратить их отстрел, Сольнье быстро усовершенствовал свое устройство и установил его на моноплан Гарроса Morane L. С помощью этой машины Гаррос сбил три немецких самолета 1, 13 и 18 апреля. Затем, 19 апреля, Гаррос сам совершил вынужденную посадку с разрывом топливопровода и попал в плен. Его попытки сжечь самолет не увенчались успехом, и секреты прерывателя Сольнье были раскрыты. Немцы быстро отреагировали, поручив конструктору Энтони Фоккеру работу над аналогичным устройством. Взяв за основу механизм Солнье (и, возможно, опираясь на более ранние немецкие работы), Фоккер быстро придумал эффективный прерыватель.
Свое превосходство Eindecker прекратил благодаря новым версиям французского Nieuport с пулеметом, установленным над верхним крылом, что позволяло вести огонь вне дуги винта, и британским толкачам D.H.2 и F.E.2b с пулеметами в носовой части. Несмотря на то, что Nieuport был превосходной летающей машиной, его вооружение было ограничено, в то время как две британские машины использовали аэродинамически неэффективную конфигурацию с толкающим винтом до предела и вскоре были превзойдены. После этого темпы развития истребителей стали определяться совершенствованием конструкции двигателей — явление, которое сохранилось до эпохи реактивных самолетов.
Большинство истребителей союзников того времени оснащались роторно-радиальными двигателями (т.е. цилиндры, расположенные радиально вокруг картера, как спицы колеса, вращаются вокруг неподвижного коленчатого вала). Эти двигатели были относительно мощными по сравнению с их весом, но их большие лобовые площади создавали большое сопротивление, а гироскопические силы, вызванные их вихревой массой, создавали серьезные проблемы с управлением самолетом. В середине 1916 года Германия заняла лидирующие позиции в разработке истребителей на основе своих превосходных рядных двигателей водяного охлаждения Daimler и Benz, которыми оснащались обтекаемые истребители Albatros серий D.I, D.II и D.III. Они были быстрее своих противников из союзников и, что особенно важно, могли нести два пулемета без ущерба для характеристик. Albatros D.I стал пионером в создании истребителя, который просуществовал до 1930-х годов: компактный одноместный тракторный биплан с внешними стойками, вооруженный двумя синхронизированными пулеметами, установленными впереди пилота на верхней обшивке фюзеляжа и наводимыми с помощью простого кольцевого и бусового прицела. Истребители Albatros нанесли британским летчикам страшное поражение над полем боя в Аррасе во время «Кровавого апреля» 1917 года, но новое поколение французских и британских истребителей с более мощными двигателями вскоре склонило чашу весов в сторону союзников. Среди них выделялись французские истребители Spad и британские S.E.5, оснащенные двигателями водяного охлаждения V-8 испанской разработки и французской сборки Hispano-Suiza, а также британские Sopwi
Хотя в 1917 году Германия решительно отстала от Франции и Великобритании в производстве самолетов и, таким образом, проиграла войну в воздухе, возможно, самым лучшим одноместным истребителем Первой мировой войны стал Fokker D.VII 1918 года. Обычно оснащенный 160-сильным двигателем Mercedes, D.VII представлял собой биплан с тканевой обшивкой, который отличался от других прочной конструкцией фюзеляжа из сварных стальных труб. Вооруженный двумя пулеметами, он развивал максимальную скорость 188 км (117 миль) в час. Еще более мощные двигатели позволили создать двухместные истребители. Лучшим из них был британский Bristol F.2b, оснащенный 220-сильным двигателем водяного охлаждения Rolls-Royce Falcon, V-12, который обеспечивал Bristol максимальную скорость почти 120 миль (200 км) в час. F.2b был вооружен синхронизированным пулеметом для пилота и двумя гибкими пулеметами для наблюдателя.
