O primeiro avião ficou pronto em dezembro de 1941 e voou bem, alcançando 600 km/h. Durante o primeiro semestre de 1942 o protótipo foi testado exaustivamente, tendo muito bom desempenho ao enfrentar, em combate simulado, um P-40E, capturado, e um Me-109E, enviado ao Japão num submarino. O submarino tambem trouxe 800 canhões mauser 151, os quais foram colocados na maioria dos Ki-61 finais, a despeito da insegurança no fornecimento da munição que era disparada eletricamente.

A fábrica em Gifu entregou 2.654 Ki-61-I e Ie, sendo este último  redesenhado  para  ser fácil manutenção e melhor poder de  manobra.   Eles  entraram  em  ação  proxímo  à  Nova Guiné em abril de 1943, onde  foram  chamados  de  " Tony "  pelos  aliados.  Eles  estavam constantemente envolvidos em combates nos céus, tendo mais tarde  se  transferido  para as Filipinas e, finalmente, retornado ao Japão.

Em 1944 o Ki-61-II, estava saindo das linhas de montagem equipado com motor não confiavel, que não preenchia as demandas da produção. O II possuia uma asa maior e um novo teto, porém foi logo substituido pelo IIa, com a velha asa. Somente 347 aparelhos de todas as versões II foram construídos e, no início de 1945, uma das estruturas sem motor foi adaptada com um motor radial Ha-112. A despeito da repentina e improvisada conversão, o resultado foi um caça bem equilibrado, sem dúvida o melhor jamais fabricado no Japão.

Com  desesperada  pressa,  esse  aperfeiçoado  aparelho  começou  a  ser  produzido como Ki-100. Um dos primeiros Ki-100 destruiu  14  HellCat´s  sem  sofrer  nenhuma  baixa, em sua  primeira  grande  batalha  sobre  Okinawa,  e  está  maquina,  facil  de  ser  pilotada  e fabricada, teve um desempenho muitissimo bom contra os B-29 e caças aliados até o fim da guerra.