В начале 50-х гг. правительство США объявило конкурс на разработку пушки для вооружения самолетов на период до 1975 г. В этом конкурсе победила фирма "Дженерал Электрик", предложившая шестиствольную пушку М61А1 Vulcan. Первый образец пушки М61 калибра 20 мм был выпущен фирмой "Дженерал Электрик" в 1957 г.

Пушка М61А1 "Вулкан" имела довольно простую конструкцию. Каждый из шести стволов пушки стреляет один раз по очереди во время каждого оборота группы стволов. 

Многоствольность обеспечивает очень высокую скорострельность - около 100 выстрелов в секунду - и способствуют продлению срока службы оружия за счет минимизации эрозии ствола и тепловыделения. Питающий и стреляющий механизм приводился в действие от внешнего привода.

Длина ствола 1524 мм, общая длина пушки 1875 мм. Вес самой пушки 120 кг, вес пушки с системой подачи, но без патронов 190 кг. Темп стрельбы 6000 выстр./мин. Часть пушек имела еще и уменьшенный темп стрельбы - 4000 выстр./мин. для стрельбы по наземным целям. Время выхода на максимальный темп стрельбы - 0,3 с.

Питание пушки беззвеньевое из цилиндрического магазина емкостью около 1000 патронов. Магазин соединяется с пушкой при помощи одной или двух конвейерных лент, расположенных в эластичных направляющих рукавах. Центральный ротор, выполненный в форме архимедова винта, постепенно перемещал патроны из магазина в конвейер.

Среднее время между заклиниванием или отказом превышает 10 000 выстрелов, что делает его чрезвычайно надежным оружием.

Стрельба из пушки М61А1 велась стандартными патронами "20 х 102", теми же, что и у пушки М39. Патроны снаряжены бронебойно-зажигательными, подкалиберными, осколочно-зажигательными и осколочными снарядами. Начальная скорость калиберного снаряда 1030 м/с, подкалиберного - 1100 м/с, эффективная дальность стрельбы до 1000 м.

Однако, при стрельбе из авиационной пушки возникали резонансные вибрации, приводящие иногда к нарушению нормальной работы бортового электронного оборудования. Так, например, при стрельбе из пушки М61А1, установленной на самолете F-16 (сентябрь 1979 г.), из-за вибраций нарушилась нормальная работа навигационного компьютера. При тренировочных полетах на высоте 4200 м при стрельбе из пушки наблюдались несанкционированные развороты самолета. Выход был найден в незначительном изменении темпа стрельбы, исключившем появление резонансных колебаний.

Пушка М61А1 имеет вариант GAU-4A, основным отличием которого является отсутствие внешнего привода пушки. В GAU-4A для вращения блока стволов используются отводимые из трех стволов пороховые газы. Первоначальная раскрутка блока стволов обеспечивается инерционным стартовым устройством с электрическим двигателем. Все перечисленные характеристики М61А1 идентичны для пушки GAU-4A.

Первым самолетом, оснащенным пушкой "Вулкан" М61А1, был истребитель-бомбардировщик "Тандерчиф" F-105. Пушка была встроена в фюзеляж самолета.

С 1961 г. пушками М61А1 начали оснащать истребители "Фантом" F-4C, которые первоначально были вооружены только ракетами. На истребителе F-4С размещалось две пушки в подвесных установках с боекомплектом 1200 снарядов в каждой. 

Однако при ведении воздушного боя эффективность подвесных установок оказалась недостаточной из-за влияния вибрации на точность стрельбы. Был сделан вывод, что оптимальным является размещение пушки по продольной оси самолета или вблизи ее. Поэтому для вооружения истребителей F-4E, F-14A, F-15 и F-16 принята встроенная пушка.

Пушками М61А1 вооружались истребители-бомбардировщики F-111A, F-104, палубные штурмовики A-7D и А-7Е.

Пушка М61А1 стала последней пушкой, которая использовалась в кормовых оборонительных установках американских бомбардировщиков. Пушками "Вулкан" были оснащены кормовые (хвостовые) установки стратегических бомбардировщиков В-52 и В-58. Кроме того, на базе авиационной пушки "Вулкан" были созданы корабельные 20-мм установки "Вулкан-Фаланкс", а также ряд зенитных самоходных установок.

Для 20-мм пушек М61А1 и GAU-4 в США были разработаны подвесные контейнеры SUU-23A и SUU-16A, предназначенью для крепления на до - и сверхзвуковых истребителях и штурмовиках. Основное назначение пушек - ведение огня по наземным целям на дистанции до 700 м.

Чтобы исключить подачу электроэнергии для вращения блока стволов с борта самолета-носителя контейнера, автоматика пушки М61А1 приводится в действие от воздушной турбины, работающей от набегающего потока. Турбина смонтирована на откидной панели контейнера, которая, опускаясь, ставит турбину под воздействие воздушного потока.

Пушки в контейнерах закреплены неподвижно. Во время стрельбы контейнеры (пушки) наводятся с помощью пушечного прицела или системы управления огнем. Стреляные гильзы выбрасываются наружу. После отпускания кнопки стрельбы пушка разряжается автоматически, поэтому самовоспламенение патронов практически исключено.

Более легкая версия Vulcan, разработанная для использования на F-22 Raptor , получившая обозначение M61A2, механически такая же, как M61A1, но с более тонкими стволами, чтобы уменьшить общий вес до 202 фунтов (92 кг). Ротор и корпус также были изменены, чтобы удалить любой кусок металла, который не является абсолютно необходимым для работы, и заменить некоторые металлические компоненты более легкими материалами. F/A-18E/F Супер Хорнет также использует эту версию.

Впервые Vulcan вступил в воздушный бой 4 апреля 1965 года, когда четыре МиГ-17 (J-5) ВВС Северного Вьетнама атаковали группу, сопровождавших североамериканские F-100 Super Sabers вооруженных вулканами и бомбовых F-105 Thunderchief, сбив два из последних. Командир МиГов, капитан Тран Ханх, единственный оставшийся в живых из четырех МиГов, сообщил, что их преследовали американские самолеты и что F-105 сбили три его самолета. Но официального подтверждения поражения МиГов из Вулкана не было.

Первое подтвержденное поражение из пулемета Вулкан произошло 29 июня 1966 года, когда майор Фред Трейси на своем F-105 Thunderchief выпустил 200 выстрелов из 20-мм пулемета по МиГ-17, который только что прошил его кабину 23-мм снарядом.

Боевой опыт во Вьетнаме показал, что пушка может быть эффективнее управляемых ракет во многих боевых ситуациях и что внешняя орудийная установка была менее эффективна, чем внутреннее орудие.