一〇〇式司令部偵察機
1945年2月27日午前10時、ターボチャージャーを装備した2機の四型(キ46-IV)が、北京の南苑飛行場を離陸し、福生の多摩陸軍飛行場まで飛んだ。北京離陸から福生の格納庫前に停止するまでに要した時間は、1番機が3時間35分、2番機が3時間15分であった。実飛行距離は2,250kmで、平均時速700km/h強であった。冬季の偏西風が追い風となって有利になった反面、離陸時のトラブル(2番機は北京で離陸をやり直した。先に離陸した1番機は、2番機を待って北京上空で旋回を繰り返したため、時間をロスした)や悪天候(当日の北京の天気は粉雪で視界は約2kmにすぎず、朝鮮半島までは完全な雲層中間飛行および雲上飛行であった)など、速度記録を出すには不利な条件もあった。また多摩飛行場に着陸した時、燃料の残量は、胴体前タンクはまだ満タンで、その他のタンクにも少量ずつ残っているほどの余裕があった。
本機はその優秀性を高く評価され、1942年3月に開発元の三菱に対し陸軍技術有功章を陸軍大臣から授与されている。
この内の1機が武装司偵北川機の戦果とされB-29は帰途不時着水喪失、なお残る1機は飛行第47戦隊の二式戦の体当たりで墜落。一方でこの戦闘で独飛17中は1機を喪失している)。
しかしながらB-29の防御砲火により実戦投入された武装司偵も少なくない損害を出しており、また以降の戦果も撃墜に至らず撃破にとどまることが多かった。もともと武装司偵は応急策であり、四式戦の普及やまたB-29が低・中高度爆撃に戦術を変更してからは高空性能を持て余すようになり、また硫黄島陥落以後護衛戦闘機(P-51D)を伴うようになると脆弱な武装司偵は自然とB-29邀撃から外れ、通常の司偵として運用されるようになっていった。
武装司偵の機体の強度不足について、改造を担当した池田研爾による以下のような反論もある。「斜め銃の銃架の部分を補強したほかは、とくに機体の補強はしなかった。しかし、明野陸軍飛行学校の統計を見ても、戦闘機はめったに六Gのかかるような運動はやっていない。せいぜい四・五Gくらいだから、偵察機だって三・五の一・八倍、つまり六・三Gまでもつはずだからかなり思い切った運動をやっても大丈夫なはず。みんな、偵察機だから弱いだろう、という先入観があるので、そこまでやれなかったのではないか」。
1943年12月試作第1号機完成、ターボチャージャーを備えたハ112-IIル二段二速エンジンに換装し、630km/h/「10,000m」を記録した。なお、量産機では段付き風防が採用される予定であった。これは三型の流線型風防が風洞試験の結果、段付きの二型と大差のないことが判明したためであり、また段付き風防は視界に優れ夜間着陸と前方索敵がより容易な利点があった。
最大速度向上のため、エンジンをハ102(出力1080HP)に換装し1941年3月に登場したのが二型(キ46-II)で、最大速度は604km/h/5,800mに達し、陸海軍を通じて日本で最初に600km/hを突破した機体となった(一説では一型の時点で600km/hを超えていたとされる)。生産数は試作機4機、量産機1,093機で、各型中最多数となる。
なお、制式外の戦地改造機として対爆撃機迎撃用に速射砲や機関砲を搭載、機内に燃料タンクを増設したり後席の旋回機関銃を撤去した機体や、制式の派生型として練習機として二型をベースに、操縦席後方に偵察者席とは別の教官席を追加改造した二型改(キ46-II改)が少数存在した。