Ki-44-I

Zbudowano siedem przedprodukcyjnych maszyn, z których ostatnia została dostarczona we wrześniu 1941 roku. Uzbrojenie było takie samo jak w wersji prototypowej: dwa karabiny 7,7 mm w kadłubie i dwa 12,7 mm w skrzydłach. Zastosowano celownik teleskopowy przechodzący przez przednią szybę kabiny. Osłona kabiny była dwuczęściowa z tylną częścią odsuwaną w tył, a nie jak w prototypie trzyczęściowa otwierana na bok. Maszt anteny przeniesiono z osłony kabiny na prawą część kadłuba, a usterzenie ogonowe zmodyfikowano. Pod skrzydłami możliwe było umocowanie dwóch dodatkowych 130-litrowych zbiorników paliwa.

Do testów w armii przekazano trzy egzemplarze przedprodukcyjne i dwa przebudowane do standardu Ki-44-I prototypy. Samoloty trafiły do eksperymentalnego dywizjonu Kawasemi Butai 15 września 1941 roku, a w maju 1942 rozpoczęto ich testowanie w warunkach bojowych w Chinach. We wrześniu tego samego roku, po pomyślnych testach, zaakceptowano wprowadzenie Ki-44-I do służby.

Samolot był budowany w trzech odmianach Ki-44-Ia, Ib i Ic. Zmiany dotyczyły głównie uzbrojenia strzeleckiego i w mniejszym stopniu pozostałego wyposażenia.

Ki-44-Ia był wyposażony tak jak prototyp w dwa karabiny 7,7 mm i dwa 12,7 mm. Wersję Ib uzbrojono w cztery karabiny maszynowe kalibru 12,7 mm i przeniesiono w niej chłodnicę oleju na spód osłony silnika. Wersja Ic miała takie samo uzbrojenie jak Ib, ale zmodyfikowane podwozie główne.

Pierwszy raz myśliwiec Shoki został dostrzeżony przez aliantów w Chinach. Nazwa kodowa Tojo, odbiegająca od standardowo nadawanych myśliwcom imion męskich, upowszechniła się szybko i już nie została zmieniona.

Łącznie do momentu przestawienia produkcji na wyposażoną w mocniejszy silnik wersję Ki-44-II w październiku 1942 roku wyprodukowano tylko 40 egzemplarzy Ki-44-I wszystkich odmian.

Ki-44-II

Ki-44-I okazał się najszybszym myśliwcem japońskim tamtych czasów, chociaż nie był w stanie przechwycić również japońskiego samolotu rozpoznawczego Mitsubishi Ki-46. W celu poprawienia jego parametrów niezwłocznie rozpoczęto prace nad szybszą i charakteryzującą się jeszcze większą prędkością wznoszenia wersją Model 2, inaczej Ki-44-II.

Ki-44-II był napędzany silnikiem gwiazdowym Nakajima Ha-109 o mocy 1520 KM i tej samej średnicy co poprzednio używany Ha-41, więc przystosowanie go do zabudowy wymagało tylko minimalnych zmian konstrukcyjnych. Konstrukcja płatowca była identyczna jak w wersji Ki-44-I; wzmocniono jedynie podwozie główne.

Zbudowano pięć maszyn prototypowych i trzy przedprodukcyjne, a od sierpnia 1942 roku rozpoczęto produkcję seryjną Modelu 2 zamiast Ki-44-I.

Jako główny model produkcyjny myśliwca Shoki, Ki-44-II był budowany w trzech odmianach. Ki-44-IIa uzbrojony był w dwa karabiny maszynowe kalibru 7,7 mm zamocowane w kadłubie i dwa kalibru 12,7 mm w skrzydłach, zbudowano jednak relatywnie mało egzemplarzy tej wersji. Najliczniej produkowany był Model 2B, czyli Ki-44-IIb uzbrojony w cztery karabiny maszynowe kalibru 12,7 mm, po dwa w kadłubie i skrzydłach. Trzecią odmianą był Model 2C z czterema działkami Ho-3 kalibru 20 mm, przeznaczony głównie do ochrony Wysp Japońskich przed amerykańskimi bombowcami B-29 Superfortress.

Myśliwce Ki-44-II wprowadzono pierwszy raz do walki w Chinach, Birmie i Malezji. Powierzano im także misje obrony pól naftowych w Palembang na Sumatrze. Później używano ich w wersji Ki-44-IIc do przechwytywania bombowców B-29 nad Wyspami Japońskimi, w walce przeciw którym były nadzwyczaj skuteczne. Zdaniem załóg tych bombowców to właśnie one stanowiły największe zagrożenie dla wypraw bombowych, mimo że w późniejszej fazie wojny jeszcze kilka modeli myśliwców japońskich było zdolnych osiągnąć pułap operacyjny B-29 i je przechwycić.

Niektóre Ki-44-IIc były wyposażone w dwa karabiny maszynowe kalibru 12,7 mm w kadłubie i dwa działka Ho-301 kalibru 40 mm, mające jeszcze skuteczniej zwalczać bombowce B-29, jednak ze względu na małą prędkość wylotową pocisków były one skuteczne tylko z krótkich dystansów. Zamiast Ho-301 stosowano również Ho-203 kalibru 37 mm charakteryzujące się większą prędkością wylotową, ale również nie wprowadzono ich do uzbrojenia na większą skalę.

Do zakończenia produkcji w 1944 roku wyprodukowano 1167 egzemplarzy myśliwca Shoki w wersjach Ki-44-II i III, co nie jest imponującą liczbą w porównaniu z innymi samolotami myśliwskimi budowanymi podczas drugiej wojny światowej. Stało się tak głównie dlatego, że japońscy piloci nie lubili na nich latać ze względu na słabą zwrotność i dużą prędkość lądowania w porównaniu z innymi myśliwcami, na których zwykli latać. Mimo to w momencie rozpoczęcia nalotów na Wyspy Japońskie przez bombowce B-29 Ki-44 były jedynymi myśliwcami zdolnymi je przechwycić. Przeciwko bombowcom bez eskorty myśliwce Shoki były nadzwyczaj skuteczne, natomiast ich mała zwrotność i niemożność wykonania wielu figur, takich jak korkociąg, loty odwrócone czy przeciągnięcie, utrudniała im walkę obronną przeciwko samolotom eskorty. Pancerz ochraniający pilota i samouszczelniające się zbiorniki paliwa były relatywnie ciężkie, ale nie zapewniały wystarczającej ochrony przeciwko alianckim karabinom maszynowym kalibru 0,50 cala. Wiele samolotów Ki-44 Shoki posłużyło również do samobójczych ataków Kamikaze.

Ki-44-III

Ostatnią wersją produkcyjną myśliwca Shoki był Ki-44-III napędzany 18-cylindrowym silnikiem Nakajima Ha-145 o mocy 2000 KM przy starcie z czterołopatowym śmigłem. Powiększono powierzchnię skrzydeł i statecznika pionowego. Samolot był produkowany w dwóch wersjach Model 3A inaczej Ki-44-IIIa uzbrojony w cztery działka Ho-5, po dwa w kadłubie i skrzydłach, i Model 3B, czyli Ki-44-IIIb z dwoma działkami Ho-5 w kadłubie i dwoma Ho0203 kalibru 37 mm w skrzydłach. Zbudowano niewiele egzemplarzy Ki-44-III, gdyż samolot jako przestarzały został wycofany z produkcji w grudniu 1944 roku i zastąpiony przez Ki-84 Hayate oznaczony w kodzie aliantów jako Frank.