Создатели Ки-10 - конструкторы Такео Дои и Исаму Имати - сделали должные выводы из неудачи с Ки-5. В новом проекте, получившем фирменное обозначение KDA- 9, они вернулись к аэродинамической схеме биплана (точнее, полутораплана), сулившей гораздо лучшую маневренность (конкуренты из «Накадзимы» для своего Ки 11 выбрали схему моноплана). Высокие летные качества Ки- 10 должны были обеспечить доработанный мотор Ха-9 и тщательно «вылизанный» в аэродинамическом отношении планер.
Как и в случае с Ки-5, проектирование Ки-10 велось достаточно быстро - уже в марте 1935 г. была закончена постройка первого прототипа (заводской номер 601). Его снабдили двухлопастным деревянным винтом диаметром 3 м, поскольку штатный металлический еще не был готов. В апреле выпустили второй прототип (з/н 602), а вслед за ним - и третий (з/н 603). От первой машины они отличались отсутствием обтекателя-заголовника за кабиной пилота. Третья машина изначально имела штатный металлический винт, позже такой винт установили и на втором прототипе. Ещё одной особенностью третьего прототипа стала клепка обшивки впотай. Вторая же машина позже использовалась для испытаний лыжного шасси (впрочем, так и не принятого для серийных самолетов).
В июле 1935 г. в «Рикугун Кокудзиюцу Кенкюсё» (Армейском опытном институте авиатехники, сокращенно именуемом «Когикен» либо «Гикен») в Татикаве начались сравнительные испытания Ки-10 и Ки-11. Самолет фирмы «Кавасаки» показал максимальную скорость 400 км/ч - значительно больше, чем Ки-5, но меньше, чем конкурент Ки-11 (420 км/ч). Более высокую оценку заслужил установленный на Ки-11 мотор воздушного охлаждения «Накадзима» «Котобуки», оказавшийся более простым в обслуживании и устойчивым к боевым повреждениям, чем Ха-9-II Ко, стоявший на Ки-10. Однако по скороподъемности и, особенно, по маневренности Ки-10 превзошел конкурента. Пилоты отмечали хорошую управляемость Ки-10 на всех стадиях полета. Некоторые опасения вызывала лишь поперечная устойчивость самолета. Её попытались улучшить, применив на четвертом прототипе верхнее крыло с небольшим поперечным V (на первых трех машинах угол поперечного V верхнего крыла равнялся 0"). Однако ожидаемого эффекта это изменение не принесло, и на серийных машинах крыло оставили прежним.
Победа Ки-10 в конкурсе была окончательно определена результатом «воздушных боев», в которых изделие «Кавасаки» превзошло Ки-11 за счет лучшей маневренности. Необходимо отметить, что в то время японская истребительная авиация придерживалась концепции воздушного боя на виражах, в стиле «собачьей свалки», известном ещё со времен Второй мировой войны. А для победы в таком бою определяющими являлись не скоростные, а маневренные качества самолета. В итоге, в сентябре 1935 г. Ки-10 приняли на вооружение авиации Императорской армии, присвоив ему официальное обозначение «Кюго-Сики Сентоки» («Самолет-истребитель тип 95»). Мотор Ха-9-11 Ко получил официальное обозначение - «95-Сики 800 л.с.» (т.е. «тип 95, 800 л.с.»).
Выпуск Ки-10 на заводе концерна «Кавасаки» в Кагамихаре (префектура Гифу) начался в декабре 1935 г. Образцом для серийных истребителей стал третий прототип. В течение неполных двух лет - до октября 1937 г. - изготовили 300 самолетов.
Одновременно с запуском Ки-10 в серию, Технический отдел дал указание приступить к разработке усовершенствованной модификации с улучшенными параметрами (прежде всего - поперечной устойчивостью). С этой целью существенной переделке подверглись крылья: размах верхнего увеличился с 9,55 до 10,07 м, нижнего - с 7,10 до 8,17 м; площадь крыльев возросла с 20 до 23 кв. м. Увеличили и размах элеронов (с 2506 до 2705 мм). Передняя кромка крыльев вместо фанеры обшивалась дюралем. Длина фюзеляжа увеличилась до 7,75 м за счет вставки длиной 550 мм в хвостовой части. Ширину киля у основания увеличили с 800 до 850 мм, а высоту руля направления - с 1585 до 1600 мм. А вот размах стабилизатора, наоборот, уменьшили с 3500 до 3350 мм (размах рулей высоты уменьшился с 1480 до 1400 мм). Силовая установка, вооружение и оборудование самолета изменений не претерпели.