九七式司令部偵察機
一時は本機の不要論も出たが、陸軍が本機を司令部偵察機として暫定的に配備し更なる高性能機を開発するという方針を固めたことから、1937年(皇紀2597年)に問題点を改修した試作2号機のテストを行い、同年5月には陸軍最初の司令部偵察機、九七式司令部偵察機(キ15-I)として制式採用された。
さらに、エンジンを当初の空冷星型9気筒のハ8(出力750hp)から空冷複列星型14気筒のハ26(出力900hp)に換装して性能向上が試みられた。その結果、最大速度が30km/h向上したほか前方視界も改善されたため、1939年(昭和14年)9月、九七式司令部偵察機二型(キ15-II)として採用した。同年、さらにエンジンをハ102に換装した三型(キ15-III)を試作し、時速530km/hを出したが、本機の後継機として開発中だった一〇〇式司令部偵察機の試作機が高性能を示したため、2機の試作機だけで開発中止となった。生産は1936年から1941年(昭和16年)までで、総生産機数は437機であった。
本機の開発にあたっては、いかに空気抵抗を減らすかという点に重点が置かれていた。そのため機体のラインは流れるような曲線を基本に設計されており、それまでの日本軍機とは異なったスマートな印象の形状の機体に仕上がっていた。この他、高速性を実現するために機体各所に工夫が施されていた。機体は全金属製で沈頭鋲を全面的に使用し、機体表面を滑らかに仕上げていた。低翼単葉で固定脚だったが、これは主脚を引き込み式にすることによる重量増加を避けたことと主翼をできるだけ薄翼にするための選択であった。主脚には流線型のスパッツを付け空気抵抗を減らすようにしていた。また背の低い風防は、段が出来ることを嫌ってスライド式でなく観音開き式になっていた。
二型は機体構造は一型とほぼ同じだったが、エンジン換装に伴ってカウリング(カウル)が再設計され機首周りがスマートになり、カウルフラップが装備された。一型と二型の外見的な主な違いはこの点で、横から見てカウリングと機首部に段差があるのが一型である。この改修により機体重量は増加したが、離着陸滑走距離が多少短縮された。