Летные испытания показали, что Кавасаки Ki-28 является самым скоростным среди конкурентов. Хотя у земли он со своими 410 км/ч уступал Ki-33 (412 км/ч) и Ki-27 (420 км/ч), а на высоте 1000 м его скорость составляла 432 км/ч против 433 км/ч у Ki-33 и 437 км/ч у Ki-27. Но с высоты 2000 м Ki-28 превзойти не удалось: Ki-28 и Ki-33 развивали скорость 454 км/ч, а Ki-27 -445 км/ч. Максимальную скорость 485 км/ч Ki-28 развивал на высоте 4000 м, где Ki-33 и Ki-27 смогли достичь лишь 468 км/ч (для Ki-27 это была максимальная скорость). Максимальную скорость Ki-33 развивал на высоте 3000 м, она составляла 474 км/ч против 476 км/ч у Ki-28 и 467 км/ч у Ki-27. На высоте 5000 м максимальная скорость Ki-28 составляла 483 км/ч, Ki-27 — 467 км/ч и Ki-33 — 461 км/ч. На высоте 6000 м Ki-28 был способен развить 481 км/ч, в то время как его соперники заметно отставали: Ki-27 — 463 км/ч и Ki-33 — 454 км/ч.

Данные о скороподъемности, полученные в результате испытаний, показали следующую картину: высоту 1000 м Ki-28 набрал за 1 мин 5 сек; Ki-27 — 1 мин 3 сек и Ki-33 — 1 мин 16 сек. Для высоты 2000 м результаты распределялись следующим образом: Ki-28 — 1 мин 59 сек, Ki-27 — 2 мин, Ki-33 — 2 мин 15 сек; для 3000 м — 2 мин 54 сек, 3 мин 2 сек, 3 мин 16 сек; для 4000 м -3 мин 57 сек, 4 мин 14 сек, 4 мин 29 сек; для 5000 м — 5 мин 10 сек, 5 мин 38 сек, 5 мин 56 сек; для 6000 м — 6 мин 36 сек, 7 мин 17 сек, 7 мин 42 сек.

На результаты, несомненно, повлияло то, что Ki-28 был оснащен самым мощным двигателем. Однако истребитель Кавасаки был и самым тяжелым из конкурентов — пустой самолет весил 1420 кг, а взлетный вес составлял 1760 кг. Пустой Ki-27 весил 970 кг, взлетный вес составлял 1360 кг, для Ki-33 значения этих параметров были равны 1132 кг и 1462 кг соответственно. При площади крыла 19 м2 у Ki-28, 18,56 м2 у Ki-27 и 17,8 м2 у Ki-33, нагрузка на крыло составляла соответственно 92,63 кг/м2, 73,28 кг/м2, 82,13 кг/м2. Как видно, наименьшее значение этого параметра было у Ki-27, что обеспечивало ему лучшую маневренность. Действительно, этот самолет делал горизонтальный разворот на 360 — за 8,1 секунды, радиус разворота составлял 86,3 м, для Ki-33 эти значения составляли 9,8 секунды и 97,5 м, а для Ki-28 — 9,5 секунды при радиусе разворота 111,3 м (!)

Рассмотрев результаты, полученные в ходе летных испытаний, а также учитывая такие характеристики, как надежность силовой установки и простоту эксплуатации весной 1937 года Коку Хомбу отдал предпочтение истребителю Накадзима Ki-27. Компания получила заказ на десять предсерийных самолетов, которые получили обозначения Ki-27.03 — Ki-27.12. Первый из них был готов в июне 1937 года, а после-Пара Ki-27b 1-го Чутая 13-го Сентая, 1940 год. Стойки шасси оснащены пневматиками низкого давления, обтекатели сняты. В то время эмблемой подразделения была катакана "КаКо" на киле, указывающая на ее место базирования — Какогаву.

Внешне они были очень похожи на Ki-27.02, но с вертикальным оперением большей площади с более скругленной задней кромкой и новым остеклением кабины (трубка телескопического прицела проходила теперь через лобовое стекло, восстановили обтекатель за кабиной, но сделали в нем окна для обзора в бок — назад). Некоторые из последних самолетов этой серии были оснащены мощным двигателем Накадзима Ха-1b (Ха-1 Otsu) взлетной мощностью 710 л.с. (максимальная мощность -780 л.с. на высоте 2900 м). Испытания подтвердили хорошие летные характеристики самолета, и 28 декабря 1937 года Коку Хомбу официально объявило о завершении конкурса, выбрав Ki-27 с мотором Ха-1Ь для запуска в серию. ВВС императорской армии присвоили новому самолету официальное обозначение Армейский истребитель Тип 97 Модель А (Кьюнана-Сики Сентоки) или, коротко, Ки-27а (Ки-27Ко).

Ки-27b 10-го Докурицу Чутая, Китай, 1939–1940 годы. Перед самолетом с б/н «301» стоит командир подразделения капитан Киёши Кимура (сам он летал на машине с б/н «55»). В 1938–1940 годах все самолеты 10-го Докурицу Чутая имели хвостовое оперение черного цвета с белыми номерами.

Пара Ки-27b 1-го Чутая 13-го Сентая, 1940 год. Стойки шасси оснащены пневматиками низкого давления, обтекатели сняты. В то время эмблемой подразделения была катакана «КaКo» на киле, указывающая на ее место базирования — Какогаву

Серийное производство Ки-27а началось в декабре 1937 года на заводе № 1 фирмы Накадзима Хикоки Кабушики Канша в городе Ота, префектура Гумма (75 км северо-восточнее Токио). Столь быстрый старт оказался возможен благодаря тому, что Накадзима начала подготовку к серийному производству сразу по получении заказа на предсерийные самолеты. Первые серийные Ки-27а поступили в IJAAF в марте 1938 года, и темпы выпуска скоро превысили двадцать самолетов в месяц. К концу 1938 года было построено 352 машины, а к лету 1939 года, когда производство этой модификации истребителя завершилось, армейские ВВС получили 565 Ки-27а.

Уже в начале 1938 года инженеры Накадзима приступили к проектированию усовершенствованного варианта Ki-27, который получил обозначение Армейский истребитель Тип 97 Модель В (Кьюнана-Сики Оцу-Гата Сентоки) или, коротко, Ki-27b (Ki-27 Otsu). Планер, двигатель и вооружение остались прежними, изменения коснулись только капота мотора, маслорадиатора и остекления (восстановили полностью остекленную заднюю часть фонаря, как на Ki-27.02, чтобы обеспечить круговой обзор). Последнее сделало Ki-27 первым в мире истребителем с каплевидным фонарем кабины. Под центропланом были установлены держатели, на которые могло подвешиваться до четырех легких 25-кг бомб. Вместо бомб самолет мог нести два подвесных топливных бака по 133 литра. Некоторые Ki-27b (по некоторым данным каждый четвертый) были оборудованы приемно-передающей радиостанцией Тип 96 с (96 Сики Хеи), что потребовало установить по правому борту перед кабиной мачту антенны. Также некоторые машины получали вместо хвостового костыля колесо малого диаметра.

Полностью снаряженный серийный Ki-27b был тяжелее прототипа: вес пустого составлял 1110 кг, а взлетный — 1547 кг (максимальный взлетный вес с подвесными баками достигал 1790 кг). Площадь крыла осталась неизменной и нагрузка на крыло возросла до 83,35 кг/м2, что несколько ухудшило маневренность. Однако, более мощный мотор позволил улучшить летные характеристики: максимальная скорость на высоте 3500 м составляла 470 км/ч, высоту 3000 м самолет набирал за 2 минуты 59 секунд, а 5000 м — за 5 минут 22 секунды. Поскольку в ходе серийного производства Ki-27 на самолет устанавливалось только стандартное оборудование, летные характеристики истребителей оставались неизменными на всем протяжении выпуска.

Производство Ki-27b началось в 1939 году и к ноябрю 1942 года предприятие в Ота поставило 1442 самолета (130 в 1939 году, 590 в 1940 году, 443 в 1941 году и 289 в 1942 году). Еще в 1938 году, учитывая большие потребности IJAAF в новом истребителе, Накадзима рассматривала возможность продажи лицензии на производство одной из мелких японских авиастроительных фирм. Но мягкая финансовая политика, проводившаяся японским правительством в отношении авиапромышленности, которая предусматривала снижение налогов и льготное кредитование, позволила отказаться от эти планов. Тем не менее за шестьдесят дней (с декабря 1938 года по февраль 1939 года) фирма Тачикава Хикоки Кабушики Канша выпустила по лицензии пятьдесят Ki-27b. С учетом выпущенных Ки-27а, в общей сложности было выпущено 2057 машин, а с учетом опытных и предсерийных — 2069 (из них 2019 было построено на заводе Накадзимы в Ота). Таким образом Накадзима стала вторым после Мицубиси производителем самолетов в Японии.

Многие публикации утверждают, что Ki-27 также выпускался харбинской фирмой Маншу Хикоки Сейзо Кабушики Канша в Маньчжоу-го и общее количество выпущенных самолетов составляет около 3300 машин. И хотя сохранившиеся отчеты компании не подтверждают, но и не опровергают эту информацию, возможно за истребители приняты учебные Ki-79 (об этом самолете будет рассказано чуть позже), которые действительно выпускались в Харбине.