九七式重爆撃機
多少の問題点を含みつつも、日本初の近代的な爆撃機としては成功作たる傑作機であり、九三式重爆およびイ式重爆撃機の後続として飛行分科「重爆」の飛行戦隊に配備、支那事変中期から実戦投入されたが実戦部隊からの評判・信頼性も高く、海軍の九六式陸攻ともども重慶爆撃の戦略爆撃にも使用されている。
続いてノモンハン事件や太平洋戦争にも主力として投入され、太平洋戦争緒戦の南方作戦各戦線では航空撃滅戦や要地爆撃に活躍した。在フィリピンのアメリカ軍(極東陸軍)を相手とするフィリピン攻略戦では、飛行第14戦隊の九七式重爆17機が開戦日である1941年12月8日午前4時半(日本時間5時半)頃に台湾を出撃、ルソン島バギオへの爆撃行成功(全機帰還・損害無)を筆頭に、以降第二次バターン半島戦とコレヒドール島戦においては重爆・軽爆の大規模集中運用がなされ、地上の集成重砲兵部隊郡である第1砲兵隊とともに勝利に貢献している。
1943年(昭和18年)夏以降からは旧式化のため夜間爆撃や次第に後方任務に回されるようになったが、人員や物資の輸送、連絡、哨戒、グライダーの曳航などの任務で終戦まで全戦線に従軍した。対潜哨戒機として二型乙(キ21-II乙)を使用していた第14戦隊はニューギニア戦線において、呉海軍航空隊で対潜戦講習を受けた冨永武大尉が1944年3月10日・4月25日・4月27日にそれぞれ敵潜水艦1隻(計3隻)を撃沈する戦果を挙げている(実戦果不明)。
本機はその汎用性の高さから輸送任務に用いられることも多かった(パレンバン空挺作戦における落下傘部隊に対する物資投下、ニューギニア駐屯の三式戦闘機「飛燕」装備戦隊へのマウザー砲輸送など)。そのため陸軍は九七式輸送機(キ34)に代わる後続輸送機として、九七式重爆一型(キ21-I)をベースとした機体の開発を三菱に命じ、これは一〇〇式輸送機(キ57)として制式採用、帝国陸軍主力の高性能輸送機として使用された。また一〇〇式輸送機の民間転用型をMC-20といい、航空会社の旅客機や新聞社の連絡機としても使用され、戦前中の日本を代表する国産旅客機となった。
また、九七式重爆そのものを輸送機に改装した貨物輸送機も数機あり、これは陸軍から大日本航空に払い下げられMC-21の名で使用された。