До початку Другої світової війни машина була основним винищувачем японської армії. На момент свого створення це був сучасний літак, який не мав конкуренції під час розгортання під час вторгнення в Китай. Це тривало до 1939 р., Коли радянський Полікарпов І-16 став сильним супротивником у битві з Червоною армією під Халхин-Голом. Тут були виявлені його основні недоліки у відсутності озброєння, відсутності броні та недостатньому захисті паливних баків. Однак Кі-27 все ще залишався на озброєнні, особливо завдяки чудовим здібностям у маневрному бою, особливостях, які високо цінували японське командування. Тип 97 брав участь у початку Другої світової війни в Тихому океані. Наприклад, він супроводжував бомбардувальники, які прямували до Сінгапуру. Незабаром після цього його замінили.