Мицубиси было предложено усилить вооружение самолета, хотя даже морскому штабу было ясно, что при столь узком фюзеляже это вряд ли возможно. В результате имперский флот в сентябре 1937 г направил на Мицубиси требования 12-Си на новый средний бомбардировщик под два двигателя мощностью 1000 л.с. В задании определялось более мощное вооружение, чем у G3M2, скорость до 400 км/ч на высоте 3000 м, максимальная дальность полета без бомб - 4750 км, с 800-кг торпедой - 3650 км.
Задача для сравнительно небольшого коллектива Киро Хоне была неподъемной, так как они еще отвечали за модернизацию предыдущей модели. В результате было решено отдать приоритет модернизации G3M2. На самолет была установлена большая башня с 20-мм пушкой "тип 99 модель 1", а нижняя башня - в выпущенном состоянии резко увеличивающая воздушное сопротивление машины - была заменена двумя боковыми блистерами с 7,7-мм пулеметами "тип 92", стоявшими сразу за задней кромкой крыла. Передняя же убираемая башня с 7,7-мм пулеметом была сохранена. Под новое вооружение был доработан один самолет G3M2 "модель 21", и его испытания позволили запустить в серию, начиная с 399-го самолета, новую модификацию "бомбардировщик морской тип 96 модель 22" (краткое обозначение самолета G3M2b широко использовалось, но не было официальным). В серии на G3M2 левый блистер был сдвинут назад, чтобы бортовые стрелки не мешали друг другу, а из боковых окон кабины штурмана можно было использовать четвертый 7,7-мм пулемет. Другие изменения, внесенные в новую модель, касались в основном вспомогательного оборудования, а внешне изменился контур хвоста из-за исключения уступа в нижней части под выдвигающуюся башню. Самолет также, как и "модель 21", оснащался двигателями "Кинсей"-45 мощностью 1075 л.с.
Пока решался вопрос, что делать из нового G4M1 - бомбардировщик или истребитель, Мицубиси продолжала производство "типа 96 модель 22". Но по мере разворачивания выпуска G6M1 и возрастания вероятности запуска в серию G4M1, Мицубиси получила указание передать производство G3M2 "модель 22" на Накадзиму, которая должна была стать единственным производителем самолетов этого типа. В результате Мицубиси поставила свой-последний G3M2 в феврале 1941 г. Всего фирма выпустила 636 самолетов, включая 21 опытный Ка-15, 34 G3M1 "модель 11", 343 G3M2 "модель 21" и 238 G3M2 "модель 22". В апреле того же года Накадзима поставила свой первый G3M2 "модель 22", который выпускался в течение нескольких месяцев, пока его не сменил G3M3 "модель 23". Последний самолет был самым быстрым и с наибольшей дальностью среди машин серии. Он отличался установкой 1300- сильных двигателей Мицубиси "Кинсей"-51 и увеличенной емкостью баков - с 3694 до 5182 л. Поставки этой модели продолжались до февраля 1943 г, когда Накадзима выпустила последний G3M.