Ki-44-II hei (2068) zdobyty przez Amerykanów na Filipinach i testowany przez TAIU-SWPA z oznaczeniem S11. W kodzie alianckim Ki-44 dostał nazwy Tojo i John; z tej drugiej potem zrezygnowano.
Pierwszą jednostką bojową lotnictwa Armii Cesarskiej uzbrojoną w Ki-44 była 47. Dokuritsu Chūtai (samodzielna eskadra), sformowana w Tachikawie w listopadzie 1941 r. pod dowództwem shōsa (mjr.) Toshio Sakagawy (późniejszego asa z około 15 zwycięstwami na koncie). Głównym celem eskadry, nazywanej nieoficjalnie Shinsengumi (nazwa oddziału samurajów z okresu Edo, powołanego do obrony Kioto) lub Kawasemi-tai (Grupa „Zimorodek”), było przetestowanie nowego myśliwca w warunkach bojowych i zebranie doświadczeń z jego użycia. Eskadra otrzymała dziewięć prototypowych egzemplarzy Ki-44, a jej personel tworzyli doświadczeni piloci oddelegowani z Hikō Jikkenbu i jednostek bojowych. Dzieliła się na trzy sekcje (hentai), po trzy samoloty w każdej.
Jeden z dodatkowych prototypów Ki-44 (4408) z 47. Dokuritsu Chūtai na lotnisku w Sajgonie w Indochinach, grudzień 1941 r. Samolotem latał taii (kpt.) Yasuhiko Kuroe, dowódca 3. hentai.
9 grudnia 1941 r., dzień po rozpoczęciu przez Japonię działań zbrojnych na Dalekim Wschodzie (po zachodniej stronie Międzynarodowej Linii Zmiany Daty wojna zaczęła się w poniedziałek 8 grudnia), eskadra przybyła do Sajgonu, gdzie została podporządkowana bezpośrednio dowództwu 3. Hikōshidan (dywizji lotniczej). W przelocie z Tachikawy do Sajgonu, z międzylądowaniem w Kantonie, myśliwcom Ki-44 towarzyszyły dwa bombowce i samolot transportowy, wiozące obsługę techniczną i niezbędne wyposażenie naziemne.
Przez większość grudnia piloci 47. Chūtai patrolowali okolice Sajgonu. Dopiero 24 grudnia eskadra dostała rozkaz przebazowania na lotnisko Don Muang niedaleko Bangkoku w Tajlandii, aby wziąć udział w zaplanowanym na następny dzień wielkim nalocie na stolicę Birmy Rangun. Podczas przelotu trzy Ki-44 wylądowały przymusowo z powodu problemów technicznych (w tym mjr. Sakagawa). W rezultacie 25 grudnia Ki-44 nie wzięły udziału w nalocie, pozostając w okolicy Don Muang na wypadek zaatakowania lotniska przez nieprzyjacielskie samoloty. Zaraz po tej nieudanej akcji 47. Chūtai wróciła do Sajgonu.
Do pierwszego spotkania Ki-44 z wrogiem doszło 15 stycznia 1942 r., podczas pierwszego lotu 47. Chūtai nad Singapur. W tym czasie eskadra została przebazowana do Kuantanu na Malajach, bliżej rejonu walk. 15 stycznia co najmniej dwa Ki-44 natknęły się nad lotniskiem Tengah na samotnego Buffalo z No. 488 Squadron Royal New Zealand Air Force. Po krótkim ostrzeliwaniu aliancki myśliwiec spadł na ziemię. Było to pierwsze zwycięstwo powietrzne zaliczone na konto 47. Chūtai.
Ki-44 pozostawały w Kuantanie do lutego, jeszcze kilkakrotnie biorąc udział w lotach bojowych zarówno na swobodne patrole myśliwskie, jak i w eskorcie bombowców, a także jako osłona konwojów z wojskiem. 18 stycznia, podczas eskorty bombowców Ki-21 z 12. Sentai (grupy lotniczej), atakujących Singapur, piloci 47. Chūtai zgłosili zestrzelenie następnego Buffalo. Z kolei 26 stycznia nad Endau, podczas odpierania ataków brytyjskich bombowców Vickers Vildebeest i Fairey Albacore, dwaj piloci eskadry zgłosili zestrzelenie po jednym samolocie. Najskuteczniejszym pilotem 47. Chūtai okazał się taii (kpt.) Yasuhiko Kuroe, który do końca walk na Malajach zgłosił zestrzelenie trzech nieprzyjacielskich samolotów.
Na przełomie stycznia i lutego 1942 r. siły eskadry stopniały do zaledwie trzech sprawnych Ki-44, w związku z czym jednostce przydzielono tymczasowo trzy starsze Ki-27, a część personelu odesłano do Japonii, w celu pilnego sprowadzenia kilku samolotów Ki-44-I. W połowie lutego wzmocniona nowym sprzętem 47. Chūtai została przebazowana do Moulmein w Birmie i podporządkowana dowództwu 5. Hikōshidan. Piloci Ki-44 wzięli udział w kilku lotach bojowych, w tym w ataku na lotnisko Mingaladon 25 lutego, zgłaszając w tej akcji zestrzelenie dwóch nieprzyjacielskich maszyn. Było to pierwsze spotkanie w powietrzu Ki-44 z samolotami Curtiss P-40 z American Volunteer Group (AVG). W tej walce jeden z pilotów Ki-44 został ranny. Nalot na Mingaladon powtórzono następnego dnia.
4 marca piloci 47. Chūtai zestrzelili nad Sittang Blenheima z No. 45 Squadron Royal Air Force. Kilka dni później jednostkę przeniesiono do Hlegu (Pegu). 21 marca eskadra poniosła pierwszą i jedyną w tej fazie wojny stratę bojową, gdy z popołudniowego lotu rozpoznawczego nad Toungoo nie wrócił chūi (por.) Shunji Sugiyama. Wrak jego samolotu z martwym pilotem w kabinie znaleziono później koło Bassein. Na początku kwietnia 47. Chūtai została przeniesiona na krótko do Toungoo. 25 kwietnia, tydzień po rajdzie Doolittle’a na Japonię, eskadrę w trybie pilnym odwołano do Japonii. Jednostkę skierowano do Chōfu koło Tokio, gdzie pozostawała do września 1942 r.
Ki-44 pojawiły się ponownie nad Birmą dopiero jesienią 1943 r. 10 października cztery maszyny tego typu trafiły do stacjonującej w Mingaladon 64. Sentai, uzbrojonej etatowo w Ki-43. Ich przybycie do Birmy związane było zapewne z rosnącą intensywnością nalotów alianckiego lotnictwa na Rangun i lotniska w jego pobliżu. Używane przez stacjonujące w Birmie sentai myśliwce Ki-43 nie radziły sobie bowiem ze zwalczaniem bombowców ciężkich.
27 listopada amerykańskie bombowce B-24 Liberator z 7th i 308th Bomb Group i B-25 Mitchell z 490th Bomb Squadron ze składu 341st BG, eskortowane przez myśliwce P-38 Lightning z 459th Fighter Squadron i P-51A Mustang z 530th FS ze składu 311th Fighter Group, nadleciały nad Rangun z zadaniem zaatakowania tamtejszego węzła kolejowego i warsztatów remontowych. Na przechwycenie amerykańskiej wyprawy wystartowało m.in. osiem myśliwców Ki-43 i jeden Ki-44 z 3. chūtai 64. Sentai, a także dwusilnikowe Ki-45 kai z 21. Sentai. Po zażartej walce japońscy piloci zgłosili zestrzelenie trzech B-24, dwóch P-38 i czterech P-51. Straty własne ograniczyły się do jednego Ki-43 (kolejny został poważnie uszkodzony), jednego Ki-44 (jego pilot zginął) i co najmniej jednego Ki-45 kai.
Znane jest zdjęcie wraku Ki-44-II zestrzelonego nad Birmą z widocznym na kadłubie fragmentem oznakowania wskazującym, że maszyna należała do 50. Sentai. Wiadomo jedynie, że jednostka ta – stacjonująca wówczas w Birmie i uzbrojona w myśliwce Ki-43 – otrzymała 10 października 1943 r. cztery egzemplarze Ki-44. Brak jednak bardziej szczegółowych informacji na temat ich użycia. Najprawdopodobniej Ki-44 pozostały w 50. Sentai tylko do wiosny 1944 r. (podobnie jak w 64. Sentai), biorąc udział w zwalczaniu przelatujących nad Himalajami amerykańskich samolotów transportowych. W czasie jednej z takich akcji 18 stycznia 1944 r. piloci Curtissów P-40N z 89th FS/80th FG zgłosili m.in. uszkodzenie jednego Ki-44.
