(1) Antecedentes: Como el principal elemento estructural de un vehículo aéreo no tripulado (VANT), una estructura de conexión ala-fuselaje ligera y de alto rendimiento juega un papel importante en la integridad estructural del VANT. Estudios previos se centraron en las características de resistencia estática de las estructuras de conexión ala-fuselaje de aluminio y acero de alta resistencia. Con el uso generalizado del material de titanio en la aviación, la investigación debe abordar el rendimiento a fatiga de las estructuras de conexión ala-fuselaje de titanio. Este artículo tiene como objetivo investigar el rendimiento a fatiga de la estructura de conexión ala-fuselaje de titanio mediante métodos de análisis y experimentales, y desarrollar un método de evaluación de fatiga confiable basado en los resultados experimentales. (2) Métodos: Se establecieron modelos de elementos finitos generales y detallados, y se obtuvo la distribución de tensiones en el punto de diseño de fatiga detallado a través del análisis de elementos finitos. Basado en la teoría de la curva de vida equivalente, se propuso un valor adimensional, el valor de fatiga detallado (DF), para caracterizar el rendimiento a fatiga de la estructura. Utilizando el método del valor de fatiga detallado (DF), se calculó el valor teórico del rendimiento a fatiga. Se realizó la prueba de fatiga de la estructura de conexión ala-fuselaje, y la vida a fatiga se determinó de acuerdo con los resultados de la prueba. (3) Resultados: Para la unión del ala con fallo por fatiga en la prueba, el rendimiento a fatiga de la prueba fue cercano al valor teórico. Se puede concluir a partir del valor DF que los resultados del análisis y de la prueba son consistentes, y los valores obtenidos del análisis son más conservadores que los resultados de la prueba. (4) Conclusiones: El error entre el valor DF de la prueba y el valor DF del análisis teórico es pequeño, y el análisis teórico del rendimiento a fatiga puede representar las características de fatiga de la estructura de conexión ala-fuselaje. El método del valor de fatiga detallado (DF) puede predecir el rendimiento a fatiga de la estructura bastante bien.