Руководствуясь указаниями военных, конструкторы приступили к рабочему проектированию самолета, а после утверждения полноразмерного макета началась постройка прототипов. Первый из них (заводской номер 301) был готов в мае 1933 г. - на два месяца раньше срока. В ходе летных испытаний, проводившихся на аэродроме Кагамихара, машина развила на высоте 3000 м максимальную скорость 255 км/ч - на 5 км/ч меньше задания, но в принципе приемлемую. Весьма неплохими оказались и пилотажные качества самолета. Но в одном из испытательных полетов первый прототип был потерян - при заходе на посадку его фюзеляж переломился сразу за крылом, и самолет с огромной силой врезался в землю, похоронив под обломками весь экипаж. Эта катастрофа вынудила пересмотреть конструкцию фюзеляжа бомбардировщика. На втором прототипе (заводской номер 302), правда, он оставался прежним, но на третьей и четвертой машинах (303 и 304) хвостовую часть фюзеляжа существенно переделали, приподняв её. Теперь самолет лишился характерного уступа между средней и хвостовой частями фюзеляжа. Также переделке подверглись кили.
Доработанный самолет был принят Рикугун Коку Хонбу на вооружение под обозначением «Киу-Сан-Сики Сокейбакугекики» («двухмоторный легкий самолет-бомбардировщик тип 93», сокращенно - «93-Сокей»). Приставка «Со» являлась сокращением от слова «Сохацу» - «двухмоторный». Её появление в обозначении вызвано необходимостью отличить самолет «Мицубиси» от одномоторного легкого бомбардировщика «Кавасаки» «тип 93» (Ки-3). В системе «Ки Го» самолету присвоили обозначение Ки-2.
До 1936 г. фирма «Мицубиси» изготовила 113 самолетов Ки-2 (включая прототипы), ещё 13 таких машин с ноября 1934 г. по август 1935 г. выпустила по лицензии фирма «Кавасаки». Самолеты оборудовались обтекателями колес шасси и подкрыльевых бомбодержателей, но в строевых частях их, как правило, снимали. Некоторые самолеты оборудовали кабиной для четвертого члена экипажа, расположенной между рабочими местами пилота и бортстрелка (как на «Юнкерсе» К37 и Ки-1). В тренировочных полетах место в ней мог занимать инструктор, а в боевых - наблюдатель.
Вдохновленные модернизацией Ки-1 до уровня Ки-1-II, конструкторы «Мицубиси» в 1936 г. попытались усовершенствовать и легкий бомбардировщик. Объем доработок был достаточно большим - чего стоит, например, замена неубирающегося шасси на убирающееся (основные стойки убирались в увеличенные мотогондолы вперед по направлению полета). Вместо моторов «Юпитер» VII установили более мощные 9-цилиндровые двигатели «Накадзима» Ха-8-I (550/640 л.с.). Вместо колец Тауненда применили гораздо более эффективные капоты NACA, а деревянные винты заменили металлическими (фиксированного шага) диаметром 2,90 м. Внутри фюзеляжа удалось выкроить место для небольшого бомбоотсека, вмещавшего два десятка 15-кг бомб. Бомбоотсек располагался несимметрично - он был сдвинут к левому борту фюзеляжа, и закрывался двумя створками. По образцу Ки-1-ll гофрированная обшивка внешних частей крыла была заменена гладкой. Кабина пилота стала закрытой, со сдвигающимся назад фонарем.
Все указанные доработки были опробованы на 77-м серийном Ки-2. Его испытания показали, что, несмотря на несколько возросшую массу самолета, скорость увеличилась на 30 км/ч. В итоге, модифицированный самолет приняли на вооружение под обозначением «Киу-Сан-Сики Ни-Гата Сокейбакугекики» («двухмоторный легкий самолет-бомбардировщик тип 93 модель 2»), или же Ки-2-II. Соответственно, базовая модель теперь именовалась Ки-2-I, а полностью - «Киу-Сан-Сики Ичи-Гата Сокейбакугекики» («двухмоторный легкий самолет-бомбардировщик тип 93 модель 1»).
Выпуск Ки-2-II начался в апреле 1937 г. Серийные самолеты отличались от прототипа отсутствием обтекателя хвостового колеса, а также конструкцией носовой стрелковой установки. Она была закрыта полусферическим невращающимся колпаком. Передняя его часть была поворотной, обеспечивая угол обстрела в горизонтальной плоскости около 90°. На некоторых самолетах Ки-2-II устанавливалась радиостанция. Её проволочная антенна растягивалась между левым килем и мачтой, устанавливавшейся в носовой части фюзеляжа.
В 1937-1938 гг. построили 61 Ки-2-II, что довело общий объем выпуска обеих модификаций Ки-2 до 187 единиц. В некоторых публикациях встречаются упоминания о переделке определенного числа выпущенных Ки-2-I в вариант Ки-2-II, однако, это следует признать маловероятным ввиду весьма существенных отличий между модификациями, делавших переделку затруднительной.