型Ha-40型液冷发动机出力增强之改良型，以提高转速（每分钟2,500转升级到2,750转）、改良增压器、增设水甲醇混合液注入功能，让原本1,150匹马力的引擎升级成1,500匹马力。新的飞燕保留三式战一型丁的重武装，原型机在1943年9月至1944年（昭和19年）1月试制8架，称Ki-61-II。第9架原型机再度改良，以Ki-61-II改的名义推出，Ki-61-II改后来制式化称三式战斗机二型；1944年8月测试结束，陆军并下订30架试制机。然而，飞燕战机的问题一直都在液冷引擎，三式战二型亦不例外；因