Когда в 1933 г главой технической авиационной службы флота стал адмирал Ямамото, он сумел убедить генеральный штаб в необходимости создать в дополнение палубной авиации и дальнюю авиацию берегового базирования, призванную взаимодействовать с флотом вдали от баз, разбросанных по бескрайним просторам Тихого океана. В результате Мицубиси получила задание 8-Си на создание дальнего двухмоторного разведчика берегового базирования. С самого начала военные подразумевали, что самолет должен был в случае успеха послужить прототипом для бомбардировщика-торпедоносца, но перед разработчиками такая задача не ставилась. Самолет, получивший фирменное обозначение Ка-9, был спроектирован под руководством Суе Хоне под два 500-сильных двигателя "Хиро" жидкостного охлаждения. Первый полет разведчика состоялся в апреле 1934 г под управлением Йоситака Каджима. Самолет отличался чистотой аэродинамических форм, имел характерные закрылки Юнкерса и разнесенное оперение. В полете самолет отличался хорошей управляемостью и маневренностью, а дальность полета достигала 5960 км.
Отличные характеристики опытного морского разведчика Мицубиси 8-Си показали возможность создания дальнего берегового бомбардировщика, способного поддерживать флот вдали от его баз. На основе этого опыта морской штаб выдал Мицубиси задание переделать опытный Ка-9 в бомбардировщик на основе спецификаций 9-Си. Характеристики задавались на уровне Ка-9, а вооружение должно было состоять из трех 7,7-мм пулеметов на подвижных установках и 800-кг торпеды или бомб.
Самолет, получивший внутрифирменное обозначение Ка-15, проектировался группой под руководством Киро Хоне. В целом самолет напоминал своего предшественника - Ка-9. Так, конструкция крыла практически не изменилась, но гофрированная обшивка на Ка-9 была заменена гладкой, работающий обшивкой. Фюзеляж был слегка расширен, в нем были установлены две убираемые верхние башни и одна нижняя, каждая с одним 7,7-мм пулеметом "тип 92". Ширина фюзеляжа осталась минимальной, из-за чего самолет не имел бомбоотсека - вся боевая нагрузка располагалась на внешних держателях. Кроме того, самолет получил большее по площади оперение и новые стойки шасси - они стали проще, но прочнее. Как и Ка-9, первый опытный Ка-15 был оснащен парой двигателей жидкостного охлаждения "Хиро тип 91", правда, с увеличенной до 750 л.с. взлетной мощностью. В июле 1935 г самолет был выпущен заводом Мицубиси в Нагое и переведен на аэродром Кагамигахара, откуда его и поднял в первый полет пилот-испытатель Еситака Каяма вместе с лейтенантом Сада из имперского флота.