Tot in 1940 was de Nakajima Ki-27 het voornaamste jachtvliegtuig in gebruik bij de Keizerlijke Japanse Legerluchtmacht. Tot de productie in 1942 werd beëindigd, werden 3.368 toestellen gebouwd in drie standaard versies. Vanaf eind 1941 werd het toestel in de frontlinie vervangen door de Nakajima Ki-43. Als opleidingsvliegtuig en voor kamikazedoeleinden werd het nog tot aan het einde van de oorlog ingezet.