Несмотря на казавшийся очевидным провал, руководство «Накадзимы» не опустило рук и санкционировало постройку ещё трех прототипов (№№ 105-107). В этот раз конструкторы внесли более радикальные изменения, направленные не только на увеличение прочности планера, но и на улучшение маневренных характеристик, скорости и скороподъемности. Была модифицирована конструкция фюзеляжа, уменьшен до 11 м размах крыла. Обе пары подкосов теперь крепились к фюзеляжу и были дополнительно укреплены раскосами и проволочными расчалками. Перепроектировали шасси, а пулеметы перенесли с бортов наверх фюзеляжа. Установили более мощный мотор — «Юпитер» VII с компрессором, развивавший 440/540 л.с. Прототипы, вышедшие на испытания в 1930-1931 гг., отличались друг от друга конструкцией элеронов и хвостового оперения, а на машинах №№ 106 и 107 двигатель был закрыт кольцом Тауненда.
Испытания новых прототипов начались весной 1931 г. и проходили без особых проблем. На судьбе самолета сказался вспыхнувший в сентябре того же года «мукденский инцидент» — конфликт в Маньчжурии, после начала которого командование армейской авиации приняло решение о немедленном запуске истребителя NC в серийное производство. Официально машину приняли на вооружение 26 декабря, присвоив наименование «Киу-Ичи-Сики Сентоки» — «Самолет-истребитель тип 91». А 8 января 1932 г. три экземпляра «тип 91» впервые продемонстрировали публике — они прошли над плацем Йойоги в Токио.
Фирма «Накадзима» до марта 1934 г. выпустила 320 истребителей «тип 91», которым присваивали серийные номера со 108. В сентябре 1932 г. выпуск таких самолетов начала по лицензии фирма «Исикавадзима», изготовившая до марта 1934 г. около 100 (по некоторым данным, 101 или даже 115) истребителей «тип 91». Машины производства «Исикавадзимы» получали серийные номера с 501. Таким образом, в общей сложности изготовили примерно 420-430 серийных самолетов «тип 91». В ходе производства самолеты подвергались мелким модификациям: изогнутую кверху трубку Пито заменили изогнутой книзу, отказались от проволочных расчалок между подкосами, заменив их дополнительной распоркой, а вверху хвостовой части фюзеляжа установили строевой огонь.
Осенью 1933 г. на одном из самолетов установили новый 9-цилиндровый двигатель воздушного охлаждения «Накадзима» «Котобуки» 5 (420/540 л.с.) с редуктором и новым двухлопастным металлическим винтом изменяемого шага (по образцу построенного годом ранее прототипа морского истребителя N1F). «Котобуки» отличался от «Юпитера» меньшей длиной и диаметром, а также противоположным направлением вращения винта.
Новый двигатель позволил несколько улучшить летные качества самолета — в частности, максимальная скорость на высоте 3000 м возросла с 305 до 315 км/ч (правда, скорость у земли упала с 290 до 274 км/ч). В июле-сентябре 1934 г. под этот мотор переоборудовали 22 истребителя (хотя первоначально планировалось переделать 50 машин). Доработанные самолеты условно обозначаются «Ни- Гата» — «модель 2» («тип 91-2»), хотя официально это обозначение так и не было утверждено.
Первые неудачи с самолетом NC подтолкнули руководство «Накадзимы» к попытке подыскать более удачный зарубежный прототип истребителя (параллельно с доводкой собственного проекта). В конце 1929 г. при посредничестве концерна «Мицуи» у фирмы «Бристоль» был приобретен один экземпляр истребителя-биплана «Бульдог» Mk.ll (заводской номер 7431) вместе с правами на его лицензионное производство. Самолет рассматривался как возможная кандидатура для замены аэропланов «Ко 4» в случае неудачи с испытаниями дополнительных прототипов NC.
Адаптацию «Бульдога» к местным требованиям выполнила бригада, полностью состоящая из иностранных инженеров — французов А. Мари и М. Робэна, а также откомандированных с фирмы «Бристоль» Дж. Фрайза и Г.У. Данна. В конструкцию внесли несколько изменений — в частности, одинарные межкрыльевые стойки заменили IM- образными, а N-образные центроплана верхнего крыла — четырьмя одинарными. Кроме того, изменили очертания киля и руля направления, а стабилизатор укрепили двумя подкосами. Был увеличен и запас топлива. Двигатель — «Накадзима» «Юпитер» VII (440/540 л.с.).