1939年1月初第一架Ki-45原型機（c/n4501）在岐阜工廠下線，完成短暫的地面試驗之后就開始試飛。飛機安裝兩具中島Ha-20乙原形發動機，是按許可證生產的英國布里斯托“水星”，起飛功率790馬力，3,900米高度時額定功率820馬力。發動機容納在具有典型布里斯托風格的巨大引擎罩中，驅動兩副3葉變距螺旋槳，沒有槳轂蓋。是日本陸軍唯一可以使用的夜間戰斗機。
1942年初開始在西南太平洋戰區參戰，1944年參加菲律賓和日本本土的防御作戰。除了執行夜間戰斗機任務外，還可以攜帶少量炸彈并使用機上機關炮執行對地攻擊任務和反艦任務。
