制造40架。二式单战的主要量产版本是更换输出动力1,500批的Ha-109发动机之Ki-44II，该机于1942年12月完成验收量产。原本中岛还打算推动二式单战第二次动力增强计画，更换2,000匹马力的Ha-145发动机，但是这个计画与同时期执行中的Ki-84比较后发现性能并没有突出之处，因此遭到取消。二式单战的量产到1944年底，随后产能转换给四式战斗机运用。
作战.由于二式单战的续航力不够在南洋战场长距离攻势制空作战使用，主要用于日本本土与中国战场，或是作为要地空防配置（如守备