L’importance de la reconnaissance aérienne et du repérage de l’artillerie (en particulier ce dernier) a fait comprendre que le belligérant capable d’empêcher l’ennemi d’utiliser les espaces aériens au-dessus du champ de bataille bénéficierait d’énormes avantages. Cette prise de conscience a conduit à l’émergence des chasseurs en tant que catégorie distincte d’avions. Au début de la guerre, les pilotes et les observateurs tiraient sur les avions ennemis avec des pistolets, des fusils et même des fusils de chasse, mais sans grand résultat. Les mitrailleuses étaient la solution évidente. En 1913, la société Vickers, en Grande-Bretagne, avait exposé un biplan biplace de configuration « pusher » (c’est-à-dire avec l’hélice derrière le moteur) qui était armé d’une mitrailleuse tirée par un observateur assis devant le pilote dans un compartiment d’équipage en forme de cuvette. Un développement de cette machine, le Vickers F.B.5 Gunbus, est entré en service au début de 1915. Il s’agissait du premier avion de série conçu dès le départ avec un armement air-air. Les Français ont armé des pousseurs Voisin de configuration similaire avec des mitrailleuses (l’un d’entre eux avait abattu un avion allemand dès le 5 octobre 1914), mais, alourdis par le poids supplémentaire de l’observateur et du canon, ces appareils étaient lents et difficiles à manœuvrer, et leurs succès étaient principalement le résultat de rencontres accidentelles. Les avions légers monoplaces en configuration tracteur (c’est-à-dire avec l’hélice à l’avant) avaient de bien meilleures performances, mais les efforts pour les armer de mitrailleuses tirant en biais pour éviter de toucher l’hélice n’ont guère porté leurs fruits.
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La solution au problème est apparue au printemps 1915 sous la forme d’un engrenage interrupteur, ou dispositif de synchronisation des canons, conçu par l’ingénieur français Raymond Saulnier. Ce dispositif régule le tir d’une mitrailleuse de manière à permettre aux balles de passer entre les pales de l’hélice en rotation. L’interrupteur lui-même n’est pas nouveau : un brevet allemand avait été déposé sur un tel dispositif par l’ingénieur suisse Franz Schneider avant la guerre. La véritable percée a été réalisée par Roland Garros, célèbre pilote de sport avant la guerre et ami de Saulnier, qui a compris qu’une mitrailleuse équipée d’un tel dispositif et montée rigidement sur le fuselage pouvait être dirigée avec précision simplement en pointant l’avion dans la direction souhaitée. Bien que la mitrailleuse française ait tendance à « tirer en suspension », ce qui oblige à fixer des déflecteurs en acier à l’arrière des pales de l’hélice pour éviter qu’elles ne soient projetées, Saulnier perfectionne rapidement son dispositif et l’installe sur le monoplan Morane L de Garros. Avec cet appareil, Garros abat trois avions allemands les 1er, 13 et 18 avril. Puis, le 19 avril, Garros lui-même atterrit de force avec une conduite de carburant rompue et est fait prisonnier. Ses efforts pour brûler son avion échouent, et les secrets du dispositif d’interruption de Saulnier sont dévoilés. Les Allemands réagissent rapidement et font travailler le concepteur Anthony Fokker sur un dispositif similaire. En s’inspirant du dispositif de Saulnier (et peut-être en s’inspirant de travaux allemands antérieurs), Fokker met rapidement au point un dispositif d’interruption efficace, qu’il monte sur un monoplan de sa propre conception – ironiquement, une copie d’un Morane français. Le résultat est le Fokker Eindecker (« monoplan »), qui entre en service en juillet 1915 et règne en maître sur le front occidental jusqu’au mois d’octobre suivant – une période que les aviateurs alliés appellent le « Fokker Scourge ».
La maîtrise de l’Eindecker a pris fin avec de nouvelles versions du Nieuport français dotées d’une mitrailleuse montée au-dessus de l’aile supérieure, ce qui lui permettait de tirer hors de l’arc de l’hélice, et avec les pousseurs britanniques D.H.2 et F.E.2b dotés de canons montés sur le nez. Bien qu’il s’agisse d’une superbe machine de vol, le Nieuport était limité par son armement léger, tandis que les deux appareils britanniques avaient poussé à sa limite la configuration aérodynamique inefficace du pousseur et furent rapidement surclassés. Par la suite, le rythme de développement des chasseurs a commencé à être déterminé par les améliorations apportées à la conception des moteurs, un phénomène qui allait persister jusqu’à l’ère des avions à réaction.
La plupart des chasseurs alliés de l’époque étaient équipés de moteurs radiaux rotatifs (c’est-à-dire dont les cylindres, disposés radialement autour du carter comme les rayons d’une roue, tournent autour d’un vilebrequin fixe). Ces moteurs étaient relativement puissants par rapport à leur poids, mais leurs grandes surfaces frontales produisaient une grande traînée, et les forces gyroscopiques induites par leur masse tourbillonnante posaient de sérieux problèmes de contrôle des avions. Au milieu de l’année 1916, l’Allemagne a pris la tête de la conception des chasseurs grâce à ses superbes moteurs en ligne refroidis par eau Daimler et Benz, tels que ceux qui équipaient les séries de chasseurs profilés Albatros D.I, D.II et D.III. Ces appareils étaient plus rapides que leurs adversaires alliés. Ceux-ci étaient plus rapides que leurs adversaires alliés et, surtout, pouvaient transporter deux mitrailleuses sans sacrifier leurs performances. L’Albatros D.I est à l’origine d’une configuration de chasse qui allait prévaloir dans les années 1930 : un biplan tracteur monoplace compact, à renfort extérieur, armé de deux mitrailleuses synchronisées montées devant le pilote sur le pont supérieur du fuselage et visées à l’aide d’un simple viseur à anneau et perle. Les chasseurs Albatros ont infligé aux aviateurs britanniques une terrible raclée au-dessus du champ de bataille d’Arras pendant le « Bloody April » de 1917, mais une nouvelle génération de chasseurs français et britanniques équipés de moteurs plus puissants a rapidement fait pencher la balance du côté des Alliés. Les chasseurs français Spad et le S.E.5 britannique, tous deux équipés du V-8 Hispano-Suiza refroidi par eau, conçu en Espagne et construit en France, ainsi que le Sopwith Camel britannique et les nouvelles versions du Nieuport français, équipés de moteurs radiaux rotatifs améliorés, figurent parmi les plus importants.
Bien que l’Allemagne ait pris un retard décisif sur la France et la Grande-Bretagne en matière de production d’avions en 1917, et qu’elle ait ainsi perdu la guerre dans les airs, le chasseur monoplace définitif de la Première Guerre mondiale était peut-être le Fokker D.VII de 1918. Généralement propulsé par un moteur Mercedes de 160 chevaux, le D.VII était un biplan recouvert de tissu qui se distinguait des autres par la robustesse de sa structure de fuselage en tubes d’acier soudés. Armé de deux mitrailleuses, il pouvait atteindre une vitesse maximale de 188 km (117 miles) par heure. Des moteurs encore plus puissants ont permis la construction de chasseurs biplaces. Le meilleur d’entre eux était le Bristol F.2b britannique, équipé du Rolls-Royce Falcon de 220 chevaux refroidi par eau, un moteur V-12 qui donnait au Bristol une vitesse maximale de près de 200 km à l’heure. Le F.2b était armé d’une mitrailleuse synchronisée pour le pilote et de deux mitrailleuses flexibles pour l’observateur.
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