イギリスのカディス封鎖艦隊は船4隻で、チャールズ・プロビー艦長の74門艦サンダラー、ロバート・ボイル＝ウォルシンガム艦長の64門艦モデスト、ジョン・モートレイ艦長の32門フリゲートのテティス、フィルモン・ポウノル艦長のスループのフェイヴァリットであった。この艦隊は早夏にカディス沖を巡航していたが、7月14日にアシルとブッフォンがイギリスの知らぬ間に出港したことを知った。プロビーは捜索を命令、16日にカディスから南西約18マイルのところで見つけた。アシルとブッフォンは北西のカディス湾へ向かったが、イギリス艦隊のほうが速かったためサンダラーは17日朝にカディスから57マイル北西のところでアシルに追いついた。アシルが射程内に入ると、サンダラーはすぐさま砲撃を開始、両艦の舷側砲の応酬となった。戦闘が激しくなる中、サンダラーの上甲板の大砲1門が突如爆発して、海員数十人が巻き込まれて死傷した。プロビーは手を怪我したが、サンダラーをアシルの傍に移動させて移乗攻撃をしかけ、見事にアシルを拿捕した。その近くではテティスがブッフォンに戦いを挑んで、モデストの到着まで時間を稼ぐと、ブッフォンの艦長は衆寡敵せずとみて降伏した。プロビーは拿捕したフランス艦2隻と戦利品をジブラルタルへ連れ戻し、負傷者を同市の病院で治療させた。イギリス軍は大砲の爆発でサンダラーに死者17人と負傷114人を出した。サンダラーはフランスの砲撃でマストや帆装が損傷を受けた。テティスもブッフォンの砲撃で損傷を受けたが死傷者はいなかった。プロビーの海軍本部への報告によると、フランス軍の損害の記録はなかったという。
当初は故障が続出したものの、一式戦装備の飛行第64戦隊とともに12月31日に撤退する第15師団を追尾するイギリス軍を中心とした連合軍機甲部隊の捕捉・攻撃（襲撃）に成功
のちの第64戦隊長である宮辺英夫少佐はこの戦闘と四式戦に対し「（掃射では20mm機関砲の）威力が大いに発揮された」「まずは、四式戦のビルマにおける初のお手柄」と述べている
1945年1月9日、第50戦隊の四式戦7機は爆装し第64戦隊の一式戦28機の直掩を受けアキャブ沖連合軍艦船攻撃に出撃、このうちエース大房養次郎曹長機が巡洋艦ないし輸送船への命中戦果を報告している
以後、ラングーンが陥落しビルマ航空戦が事実上終了する5月まで、第50戦隊の四式戦は第64戦隊の一式戦とともに空戦や地上攻撃に活躍した
本土防空戦にて、飛行第47戦隊は整備指揮班長を務め「整備の神様」と謳われた刈谷大尉のもと、戦隊内に指揮小隊を設けそこで機体整備に関する全てを掌握し、厳密なる飛行時間の管理、点火プラグの早期交換、定期的なオーバーホールなど、徹底的かつ適切な整備を施すことで部隊の四式戦稼働率を常時87から100パーセントに保っている
ただ、このような整備方法は欧米諸国では一般的に行われており、日本側の整備教育や補給が立ち遅れていた側面が大きい
刈谷陸軍大尉によれば「47戦隊で100パーセント働いた」エンジンが他部隊で動かなかったのは「日本陸軍の整備教育が間違っていたから」であり、「疾風（誉）のせいじゃない」と回想している
また本土より遙かに条件が劣悪なフィリピンにおける四式戦の稼動率は三式戦はおろか一式戦よりも高かったという記録も残されている（当時の一式戦三型は水メタノール噴射装置を搭載したが整備兵が慣れておらず稼働率が低下している）
さらに満州の飛行第104戦隊は再生潤滑油を使用せず、補給廠デッドストックのアメリカ産輸入潤滑油を用い稼働率80から100パーセントを保ったという記録があり、これは潤滑油をアメリカ産の輸入に頼っていながら、事前の国産化を怠ったままアメリカとの開戦に突入し、戦前に輸入したストックに頼らざるを得ない状況に陥らせた、日本の戦前工業行政の致命的な失敗であった
本土での運用時期における可動割合については前述の刈谷大尉が第47戦隊においては前述の通り在隊機100%、航空廠修理機を含めて87%、その当時一般部隊においては良好なところで40%、悪いところで20~0%であると述べている
また、この時期の陸軍調査の数字としては1945年5月20日調査の「航空総軍飛行機保有状況」があり、ここでは野戦部隊・防空部隊あわせて555機保有の四式戦のうち（対象は航空総軍隷下部隊であり、第2航空軍隷下部隊（満州方面：飛行第104戦隊など）などの外地部隊や内地でも特攻飛行部隊は除く）、「状態甲」（自隊内にて整備完了
出撃可能機数は同数かこれ以下となる）の機体は235機となり割合としては42%となる
その後も沖縄戦（菊水作戦）や本土防空戦にも投入されたが、既に多くの熟練操縦者を失いさらに戦局自体もますます悪化した末期には、他の陸海軍戦闘機と同様に散発的な戦果に留まり、更に最末期には本土決戦（決号作戦）に備え兵器は温存され邀撃も控えられていたために大きな戦果を挙げることは出来なかった
1945年8月13日には占領下の沖縄から朝鮮に来襲したP-47に対し、京城飛行場の第22戦隊・第85戦隊（中国戦線で壊滅したのち同地に後退し戦力回復）の四式戦が出撃したものの、飛行場自体が他方面から飛来していた重爆撃機で混雑し邀撃が後手にまわっていたこともあり機数に勝るも一方的な敗北を喫した
沖縄戦においては部隊マークとしてドクロを描いたことで有名な第58振武隊など、四式戦で編成された特攻隊も出撃している
沖縄戦の特攻戦果としては6月21日夕刻に都城東飛行場を出撃し沖縄沖に突入した第26振武隊（四式戦4機）がカーチス級水上機母艦「カーチス」大破炎上、ケネス・ホイッティング級水上機母艦「ケネス・ホイッティング」小破、エヴァーツ級護衛駆逐艦「ハローラン」小破の記録を残している
満州では1945年8月9日にソ連軍が侵攻したが（ソ連対日参戦）、8月12日・15日の2度にわたって第104戦隊の四式戦が、同じく満州に展開していた独立飛行第25中隊の二式複戦とともにソ連軍機甲部隊に対しタ弾による攻撃を行ない、戦車やトラックなどの軍用車輌数十輌を破壊・炎上させる戦果を挙げている
なお、海軍航空技術廠に初期生産型の2機が海軍の研究用として正式に譲渡された
陸海軍の機種統一を検討してとも言われるが詳細は不明
これらは終戦時まで残置しており、写真も残されている