Перший прототип Кі-61 піднявся в повітря в грудні 1941 року, а випробування інших прототипів проходили протягом 1942 року. В кінці 1942 року ці літаки почали випускатися серійно, до військових частин вони потрапили лише на початку 1943 року. Восени того ж року озброєння було посилено, а в ході війни йшли подальші удосконалення і виробництво модернізованих модифікацій. Ki-61 заслужив повагу союзників у боях над Тихим океаном. Вони були частиною озброєння протиповітряної оборони Токіо, але їх було недостатньо для літаючої фортеці B-29. Всього було випущено 3078 одиниць машин усіх модифікацій. Остання версія мала більш потужний двигун і каплеподібну кабіну. Саме через відсутність двигунів їх переобладнали на Кі-100.