三式戦闘機
三式戦闘機の航続距離は8時間以上、3,200 kmを飛行可能であった。長大な航続距離を有する零式艦上戦闘機に匹敵する飛行能力を持つ。
翼内タンクは左右両方で第一燃料タンクを構成し、両タンクに挟まれた操縦席の床下には第二燃料タンク、操縦席後方には第三(胴体)燃料タンクがある。
当初は機内燃料820リットルを収容し、さらに両主翼に200リットルの増槽を懸吊して総計1,220リットルの燃料を確保したが量産型では機体に755リットル、増槽を合わせて1155リットル搭載、航続距離は7時間40分または3,070 kmと、若干低下している。和泉 (1999)は一型初期の燃料搭載量は増槽を含め935リットルとしている。増槽を懸吊すると最高速度が80 km/hほど低下したという。
しかし1943年、当時ウエワクに在った実戦部隊・第14飛行団では、侵攻行動半径を550 km(往復1,100 kmに一定の戦闘行動分を足したもの)と判断しており、実戦レベルでは航続力が低下していた傾向がある。
三式戦闘機の胴体および機首は、日本では一般的かつ大直径の空冷星型エンジンを搭載した各種戦闘機と比べ、液冷エンジン搭載の利点が出たものとなった。全幅は840 mmである。キ60より全高は100 mm抑えられ、1,360 mmであった。こうした小型化は空気抵抗を減らして高速化に効果がある。機体の分割部分を減らし、生産性の向上とともに強度と軽量化の両立を図ったのも特長である。
胴体は4本の縦貫通材を骨組みの主材とした。ただしこれらは尾翼直前の第12円框で分離されており、一体構造ではない。この構造は生産性向上に役立ったとされる。本機は量産性にも配慮がなされ、主翼取り付け法も生産性を高めた他、飛行機の外形を作ってから工員が中に入り内装を行う従来の手順を改め、各モジュールを内部まである程度作り上げてから最終的に組み立てるシステムが取られた。これはP-51の生産手法と同等のものである。機体構造はセミ・モノコック構造となっており、また発動機架は通常の鋼管で組み上げたものでなく、胴体と一体のモノコック構造となっている。これは一体構造の主翼と相まり、降下限界速度が850 km/hまで許容されるなど、機体強度は非常に頑丈なものであり、また重量軽減にも貢献している。土井によれば速度計は700 km/hまでのものが採用された。
1943年9月から1944年7月生産。翼内銃砲をドイツから輸入したマウザー砲(モーゼルとも呼ばれる)(MG151/20)に換装し、20 mm機関砲2門と12.7 mm機関砲2門の重武装にした型。主翼から砲身が飛び出しているのが外見の特徴。陸軍では航空用20 mm機関砲の開発が遅れていたため、ドイツから20 mm機関砲を輸入した。数量は800門、弾丸40万発である。川崎内では「キ61マ式」とも呼ばれた。ただし重量増で飛行性能は低下している。
定説では既存の一型甲、一型乙からの改造機を含めて388機が一型丙となった。だが古峰 (2007, p. 143)は川崎において1943年に234機、1944年に153機、合計387機が生産され、現地改修機は存在しないとする。しかし前線の搭乗員の手記でも、現地改修が実際に行われたふしがあるとする証言もみられているほか、碇 (2006, pp. 161–162)は235機が新規生産で、400からそれを引いた百数十機が現地改造であろうとしている。秋本 (1999, p. 121)は改修機とは別に400機が川崎で生産されたとしている。
なお一型乙の機体番号は514から1092が振られているが、一型丙には3001から3400が振られている。
DB 600(601ではない)は、愛知がライセンスを購入したものの、愛知が陸軍にエンジンを供給することが許されていた。またDB 601については愛知・川崎とも1社のみで全軍に供給できるだけの生産力が期待できず、2社で生産に当たるのはやむを得なかった。2社で生産する以上ライセンス生産料も2社分支払うのが契約上当然であり、また他の発動機も陸海軍で共用している状況から、DB 601の経緯のみに注目して対立の根拠とすることはし難いとしている。
ライセンス生産にあたり、ドイツから日本に輸入されたのは離昇出力1,175馬力のDB 601Aaで、燃料噴射装置の特許を持つボッシュ社がライセンス生産を認めないなどのトラブルがあったものの、1940年12月、ハ40は完成を見た。量産型の完成は1941年7月、書類上では同9月である。
なお、川崎側の資料など、一般には試作機には最初からハ40が搭載されていたと言われているが、審査を担当した荒蒔義次らは、3号機までは輸入したDB 601Aaを搭載していたと証言している。また、ハ40を搭載した4号機からは過給器の不調が多かった。量産型第一号機は1942年8月に完成した。
液冷エンジンを搭載したため機首が長く、地上での前方視界は良いものではなかったとする文献もある。