Если в «сухом» виде масса самолета осталась почти неизменной, то полностью оснащенная машина с подвешенной торпедой Тип 91 Кай 7 потяжелела почти на 3000 кг (с 12.500 до 15.395 кг), что вызвало необходимость усиления шасси, а некоторый сдвиг центра тяжести машины вынудил увеличить площадь хвостового оперения. Компенсировать столь значительный рост веса можно было только за счет наращивания мощности силовой установки, основой для которой стал новый двигатель Мк.40 «Касей 21» с впрыском водно-метаноловой смеси (в каждой мото гондоле для нее установили 107-литровый бак). Мотор, вращавший четырехлопастный пропеллер изменяемого шага «Сумитомо»-VDM, развивал на взлете 1800 л.с. и 1410 л.с. на высоте 4800 м.
Экранированную турель, оснащенную гидроприводом, с установленной 20-мм пушкой Тип 99-1 разместили сверху фюзеляжа над задней кромкой крыла. Огневая точка имела круговой обстрел и угол возвышения до 80°. Стрелка, стоявшего на неподвижном поддоне, спереди защищал 10 мм броневой щит с отверстием для прицела. Менее значительные усовершенствования включали замену боковых блистеров стеклянными панелями, увеличение остекления передней части фюзеляжа, применение убирающегося хвостового колеса.
На третьем прототипе G4M2 установили выпуклые створки бомбоотсека, сдвигавшиеся при открывании внутрь фюзеляжа. У G4M1 створки создавали значительные проблемы – в открытом положении они имели значительное аэродинамическое сопротивление, часто заклинивали и их приходилось снимать. Новые створки, подтвердившие свою эффективность при испытаниях, начали устанавливать с 65 экземпляра G4M2.
Первый прототип G4M2 закончили 24 ноября 1942 г., но лишь 9 февраля 1943 г. он был передан флоту для официальных испытаний, в ходе которых выяснилось, что новый четырехлопастный винт «Сумитомо»-VDM ненадежен, поэтому до решения этой проблемы пришлось вернуться к прежнему трехлопастному «Сумитомо-Гамильтон». А первые G4M2 начали покидать сборочные цеха завода в Нагойе в июле 1943 г., но из-за недостаточного количества новых двигателей параллельно шло производство старой модели G4M1, выпуск которой завершился лишь в январе 1944 г. К этому времени выпуск новой модели был организован и на заводе Мицушима, в префектуре Окаяма. Обозначенный как «Ударный бомбардировщик берегового базирования Тип 1 модель 22», самолет получил новое, увеличенное окно для бомбового прицела, что повысило точность бомбометания, а с 275-й машины 7,71-мм пулеметы в боковых стрелковых точках были заменены пушками Тип 99-1. Бомбардировщики с таким вооружением получили обозначение модель 22а.