El Ki-32 vio un extenso servicio de guerra en la Segunda Guerra Sino-Japonesa, equipando al 3º, 6º, 10º, 35º, 45º, 65º y 75º "Hikō Sentai" (escuadrón aéreo). También vio combate durante la Batalla de Nomonhan contra la Unión Soviética en 1938-1939. Su última acción de combate fue bombardear las fuerzas de la Commonwealth durante la invasión japonesa de Hong Kong en diciembre de 1941. A principios de 1942, la mayoría de los Ki-32 supervivientes fueron relegados a tareas de entrenamiento.