Поначалу новыми моторами оснащались уже имевшиеся планеры, к концу марта было доделано 36 планеров Ки.61–11, а уже в конце мая были оснащены двигателями все 275 «безголовых» истребителей, значительная часть из которых имела уже каплевидные фонари кругового обзора и получила обозначение Ки. 100-1 оцу. Измененное остекление было разработано ещё для Ки.61–11, но, по причинам отсутствия двигателей Ха.140, «Хиенов» с таким фонарём было выпущено очень мало, обычно упоминается о считанных единицах таких машин. Помимо этого, позже из имевшегося задела были собраны 115 самолетов модели Ки. 100-1 оцу.
Развертыванию выпуска Ки.100 помешал налёт В-29 на завод в Кагамигахаре 22 июня 1945 г. Почти все помещения в той или иной степени пострадали, но спустя четыре дня американцы вернулись доделать свою работу, и от цехов вообще ничего не осталось. Вытащив из-под обломков кое-какое оборудование и станки, японцы разместили их частично прямо в ближайшем небольшом лесочке, а частично в подземном убежище в километре от развалин сборочных цехов. Планировалось также, что часть производства будет развёрнута в маленьком заводике в Цуики, ранее бывшим мукомольной фабрикой. Оба эти импровизированные производства выпустили в июле — августе 40 Ки.100, а в конце июля заводик в Цуики также был разрушен американской авиацией. Таким образом, всего, включая три прототипа, было построено 394 Ки.100.
Обучение и переобучение пилотов было организовано в летной школе Акено, при этом опытные пилоты, летавшие ранее на Ки.61, могли летать на новой машине уже после одного — двух ознакомительных полётов. Японские армейские пилоты вполне справедливо считали Ки.100 самым лучшим истребителем из всех самолетов, бывших на вооружении Императорской армии. Не было трудностей и с освоением нового истребителя молодыми лётчиками. Ки.100 были укомплектованы 17, 18, 25, 111, 112-й и 125-й сентаи, а, кроме того, истребители этого типа поступали на вооружение частей, воевавших на Ки- 61: 5, 59-й и 244-й сентаи. Первой частью, совершившей боевой вылет на Ки.100, стал 18-й сентай. Печально знаменитой ночью с 9 на 10 марта 1945, когда выгорело свыше 40 квадратных километров Токио, полк смог поднять в воздух всего один истребитель этого типа, пытавшийся перехватить американские бомбардировщики вместе с другими истребителями ПВО, но безрезультатно.
В воздушных боях Ки.100 показал себя очень неплохо. Вооружение было вполне достаточным для борьбы с истребителями, а для гарантированного поражения В-29 требовалось, как минимум, заменить крыльевые пулемёты на 20-мм пушки, но это было сделано на считанных экземплярах. В 111-м сентае для того, чтобы улучшить характеристики машины на больших высотах, снимали большую часть вооружения, оставляя лишь одну 20-мм пушку. Из-за недостатка сырья, детали электроспуска оружия имели низкое качество, а потому нередки случались отказы. По той же причине часто плохо работала радиостанция — в условиях жестокого сырьевого голода качество изготавливаемых радиодеталей было весьма низким. Тем не менее, Ки.100 был самым надежным среди армейских истребителей.