С целью решения этой проблемы 241 -й серийный G4M1 был доставлен во 2-й Авиационный арсенал ВМФ в Кисарацу, где полным ходом велись испытания только что разработанных звездообразных двигателей воздушного охлаждения Мк.4Е «Касей-15» развивавших 1410 л.с. на высоте 2600 м и 1280 л.с. на 6000 м. 9 февраля 1942 г., когда эта силовая установка была сертифицирована, поступил приказ на переоснащение бомбардировщика новыми моторами, а работам в этом направлении был присвоен высший приоритет, что вскоре и отразилось на темпах доводочных работ по оптимизации индивидуальных реактивных выхлопных патрубков.
Летные испытания прототипа начались в Йокосуке в апреле 1942 г. и, после ряда изменений воздухозаборников, были получены удовлетворительные результаты. Потолок при полной мощности двигателя достиг 9660 м, время подъема на высоту 7000 м сократилось на две с лишним минуты, а максимальная скорость на высоте 6000 м увеличилась соответственно с 428 до 452 км/ч. Эти достижения привели к тому, что двигатели «Касей-15» и изменения, связанные с ними, стали стандартными, и начиная с 406 самолета новые бомбардировщики стали обозначать G4M1 Модель 12.
Однако в действительности большинство летных характеристик почти не изменились по сравнению с моделью 11. Причина заключалась в заметно возросшей полетной массе модели 12, которая пошла на усиленние пассивной защиты. В частности, все топливные баки получили углекислотную систему пожаротушения, а начиная с 663 самолета их нижние стенки протектировались 30-мм листами трехслойной резины. Хотя объем баков удалось увеличить с 4780 до 5600 л, дальность полета (при крейсерской скорости 315 км/ч на высоте 3000 м) не только не возросла, но даже сократилась с 6034 до 5719 км. Еще одной внешней деталью позволяющей отличить новые машины от ранних стала измененная конструкция хвостового конуса, позволившая увеличить сектор обстрела кормовой 20-мм пушки.
Внедренные в модели 12 изменения улучшили живучесть самолета, но по сути являлись лишь временной мерой на период радикальной переработки базовой конструкции G4M, поскольку еще в ноябре 1941 г. командование флота запросило фирму «Мицубиси» о возможности замены пулемета калибра 7,71 мм в верхней фюзеляжной огневой точке на автоматическую 20-мм пушку и увеличения запаса топлива. Фактически эти технические условия привели к рождению новой модификации – G4M2.
Для инженеров авиакомпании с самого начала было очевидно, что установка более мощного вооружения в башне на гребне фюзеляжа и усиление некоторых элементов конструкции повлечет дальнейшее увеличение полетной массы самолета с неизбежным ухудшением аэродинамики и соответственно всех характеристик. С этой целью было решено использовать ламинарный профиль крыла МАС357 (результат работы профессора Токийского университета Ичиро Тани) хотя и обладавший большей относительной толщиной (15% вместо 12,5%) по сравнению с примененным ранее, но в то же время имевшим меньшее аэродинамическое сопротивление, обусловленное безотрывным обтеканием. С учетом возросшего на 20% объема топливных баков, небольшое увеличение веса конструкции самолета в глазах разработчиков и заказчиков выглядело сущей мелочью, тем более, что возросшая жесткость нового крыла позволила разместить баки в более удаленных от фюзеляжа, внешних частях консолей. После всех доработок общий объем бензобаков составил 6200 л, включая емкости с аэронавигационным запасом топлива на 960 л, расположенные за кабиной пилотов. Ретроспективно оценивая это «улучшение» (с учетом последовавших вскоре событий), приходится признать, что японские адмиралы, как, впрочем, и конструкторы, еще находились в плену предвоенных взглядов и плохо представляли качественный уровень противника, с которым вступили в противоборство.