1939年1月初第一架Ki-45原型机（c/n4501）在岐阜工厂下线，完成短暂的地面试验之后就开始试飞。飞机安装两具中岛Ha-20乙原形发动机，是按许可证生产的英国布里斯托“水星”，起飞功率790马力，3,900米高度时额定功率820马力。发动机容纳在具有典型布里斯托风格的巨大引擎罩中，驱动两副3叶变距螺旋桨，没有桨毂盖。是日本陆军唯一可以使用的夜间战斗机。
1942年初开始在西南太平洋战区参战，1944年参加菲律宾和日本本土的防御作战。除了执行夜间战斗机任务外，还可以携带少量炸弹并使用机上机关炮执行对地攻击任务和反舰任务。
