12 "Ki-21" 61-го авіазагону були перекинені до кордону з Монголією перед початком боїв на Халхин-Голі, згодом їх кількість було збільшено. 27 червня 1939 року під час нальоту на аеродром Тамцак-Булак 2 бомбардувальники "Ki-21" були збиті, а один через відмову двигуна здійснив вимушену посадку і став трофеєм радянських військ. Літаки "Ki-21" і надалі діяли доволі інтенсивно. У період з 3 по 10 липня, підтримуючи свої війська у боях за гору Баян-Цаган, "Ki-21" разом із "Fiat BR.20" скинули 174 тонни бомб.