由於九六式陸攻在中國戰場上大肆活躍，日本海軍下令三菱開發新型陸攻以充當九六式陸攻的後繼機。在1938年海軍提出了性能規格書，明文規定新機的續航力、載彈量須比照四引擎機種，特別是在滿載時必須要有3706公里以上的續航力，面對如此高門檻要求，由本庄季郎技師所率領的原九六式陸攻設計小組以"十二試陸上攻擊機"的名義進行開發，雖然三菱曾經向海軍提出採用四發動機的案子，不過隨後就遭到了海軍的拒絕，僅有雙發案過關。在經過大幅度的修改九六式陸攻的設計後，原型機在1939年10月進行了首次試飛，由於海軍對其相當滿意，在1940年4月便開始服役，並改型號為一式陸上攻擊機

        一式陸攻的性能在雙發動機轟炸機中可以算得上是相當出眾，一號原型機在試飛過程中分別飆出了每小時444公里的航速和5556公里的續航力，不過這種高性能卻是做了相當多苦心的設計而來的。首先，一式陸攻採用了類似雪茄煙造型的滾筒式機身，發動機整流罩和起落架也特別經過重新設計，使得一式陸攻的阻力比起九六式陸攻降低了不少。另外由於四發動機的設計不被採納，三菱只好從載油量和減輕機身下手來增加續航力，首先是採用了大展舷比的主翼，這可以有效的增加飛機的昇力以增加續航力，而機翼內則被設計成和機翼結構融為一體的整合式油箱，加上機內的主油箱，一式陸攻的燃油籌載量高達5000公升以上。而機身的結構也被大幅的減輕，垂尾也由九六式的雙垂尾改成單垂尾來減重，甚至以減少機身裝甲的方式來減低重量，這跟日本同期的戰鬥機零戰或隼設計理念相當類似

        由於一式陸攻在一開始被定位用來攻擊敵方的艦隊，因此日本海軍相當注重飛行性能和續航力，因此一式陸攻的高性能表現讓海軍很快的制式採用它，並隨即在1941年5月對華南一帶進行了一次轟炸，並在1941年12月10日在關丹外海由鹿尾、美幌和元山三個航空隊的一式陸攻和九六式陸攻擊沉了英國戰艦威爾斯王子號和戰鬥巡洋艦驅逐號，另外部署在台灣及中南半島的一式陸攻也對菲律賓、印尼、馬來亞等地進行了一連串的轟炸，並在實際操作中，三菱還推出了加大燃油籌載能力的二二型和二四型

        不過由於艦隊決戰的狀況一直沒有出現在戰場上，所有的一式陸攻被迫轉行去執行戰略轟炸的任務，早期由於日本有零式戰鬥機的護衛，性能較低的盟軍戰機根本無力對一式陸攻發動攻擊，因此裝甲不足的缺點沒有暴露出來，不過在1942年8月後的索羅門群島爭奪戰中，由於美軍採用了P-38、F6F、F4U等已經可以威脅日軍的戰機，一式陸攻常在轟炸任務中受到攻擊。由於一式陸攻本身裝甲不足，除了1門九九式一號20mm尾砲外其他3挺都是八九式7.7mm機槍，防禦火力不足，加上脆弱的機身內載著大量燃油，通常只要一輪掃射，這些一式陸攻就成為了一團火球，盟軍的飛行員還笑稱它為"一點就著的打火機"。為此三菱對一式陸攻進行了一次徹底的改良，在三四型上除了將機背砲塔和機首砲的自衛火力換成了20mm機砲，並在機身重點部位上安裝了對抗機槍的裝甲，所有的油箱也改成自封式以增加防禦力，不過航程也下降了許多，這主要是因為機身加重和燃油籌載量減為4400公升左右的影響

        一式陸攻是日本海軍在二戰時最主力的轟炸機，自然衍生機型不少，除了運輸機型一式陸輸外，三菱在設計時還曾經有搭載19挺7.7mm機槍和20mm機砲的護航戰鬥機型G6M的計畫，不過最後G6M還是敗給了中島的J1N1。而所有衍生型中，最著名的應該就是拿來當作櫻花母機的二四型丁了，二四型丁在機腹下被改裝來搭載特攻用武器櫻花，不過由於櫻花的重量和尺寸都不小，搭載了櫻花的一式陸攻卻常因為機動性不足，而遭到美軍戰機的追殺。另外山本五十六海軍大將在遭到美軍伏擊陣亡時，搭乘的座機便是一式陸輸，由於後繼機深山和連山在技術上遭到了不小的問題，而銀河則因為發動機的問題延遲了服役時間，造成一式陸攻拖命服役，成為了日本海軍史上僅次於零戰的第二悲情戰機。一式陸攻的總產量2479架，其中最多的就是二二型，一式陸攻也是日本所生產的雙引擎轟炸機中數量最多的一種