马力的Ha-101发动机，并将起落架改为全埋式设计改善空气阻力，改良型于1940年12月出厂。受惠于几乎快翻倍的动力输出，九七重爆的载弹量、防御配置等也就有余裕强化，且航速还略微提升；测试通过后定名九七式重爆击机二型（キ21-II），虽然同时后继型号吞龙重轰炸机已经试飞，但因测试延宕且性能并无全面压倒九七重轰，使得本型机与下一代型号并行量产，直到四式重轰飞龙推出后的1944年9月才完全停产，因生产时间几乎与二战併行，产量也居日本战术轰炸机之冠，因此九七重轰也成为日本帝国陆军最主要，也最普及的战术轰炸机。