Дебют літаків "Ki-27" відбувся в Китаї у 1938 році, під час японсько-китайської війни. Літаки "Ki-27" забезпечили японській авіації перевагу над китайськими винищувачами. Під час боїв на Халхин-Голі брали участь близько 200 літаків "Ki-27", які показали повну перевагу над І-15 біс. Вони зберігали перевагу аж до появи І-16, яким поступались у швидкості, особливо на висотах нижче 5000 м.