В июле на новые штаты перешли дислоцировавшийся в Японии (Какогава, префектура Хиёго) 13-й хико рентай, а также «корейский» 9-й хико рентай (Хоерёнг), реорганизованные в сентай под теми же номерами. 31 июля находившийся в Анкине 8-й хико дайтай стал 77-м сентаем. На следующий день поменялся статус 2-го хико дайтая, дислоцировавшегося в Эртаокоу (японское название - Нитоко): он стал 77-м сентаем. В течение сентября-октября оба его отряда перевооружились на Ки-27. В качестве третьего отряда в 77-й сентай влили бывший 9-й докурицу тютай, начавший переучивание с Ки-10 на новые истребители в ноябре 1938 г. В августе 1938 г. сформировали ещё три истребительных сентая: 33-й на аэродроме Хайлань в Манчжурии (бывший 1-й хико дайтая), 4-й в Татиараи на о. Кюсю и 5-й в Татикаве возле Токио (соответственно, на базе 4-го и 5-го хико рентаев). 10-й докурицу тютай сохранил свой статус отдельного отряда, но он ещё в июле был перевооружен новыми Ки-27.
До полного вывода из частей первой линии истребители Ки-10 ещё успели принять участие в первой фазе японского наступления на Ханькоу (провинция Хубэй). В этой операции только пилоты 77-го сентая имели возможность померяться силами в воздухе с китайскими летчиками. 21 августа 1938 г. восьмерка Ки-10 первого отряда, ведомая тайи Синити Мураокой, атаковала аэродром в Ханькоу. Шесть самолетов занялись штурмовкой, а пара в составе Тоёки Это (аса с 12 воздушными победами) и Хадзиме Кавады заняли эшелон выше, чтобы прикрывать своих коллег. В общей сложности в том бою японцы уничтожили восемь вражеских самолетов. Это сбил два китайских истребителя, но и сам был вынужден сажать поврежденную машину на воду Янцзы.
6 октября три пилота 77-го сентая перехватили над Синьяном восемь бомбардировщиков СБ и сбили два из них. Этот эпизод стал, вероятно, если не последним, то одним из последних воздушных боев над Китаем, в котором участвовали Ки-10. Осенью 1938 г. остатки потрепанной китайской авиации были отведены на базы, лежащие за пределом радиуса действия японских самолетов. Схватки в воздухе стали крайне редкими, а «первую скрипку» в них теперь играли новые Ки-27. Однако в 1939 г. видавшим виды Ки-10 вновь пришлось вступить в бой.
К концу августа 1939 г. конфликт на Халхин-Голе (именуемый японцами «Номонганский инцидент») разрешался явно не в пользу Японии, причем как на земле, так и в воздухе. Участвовавшие в боях части, вооруженные Ки-27, понесли такие серьезные потери, что командование Кантогун Хико Судан (Авиационного корпуса Квантунской армии) решило ввести в действие все имеющиеся резервы. К тому времени в Манчжурии оставалась единственная часть, вооруженная истребителями Ки-10 - 33-й сентай трехотрядного состава, дислоцировавшийся в Синею на востоке Манчжурии. 26 августа часть получила приказ отбыть в зону конфликта, и на следующий день прибыла в Пингонжень, а 30 августа - в Дубоси (Солушань). Перед 33- м сентаем поставили задачу патрулирование стратегически важной железнодорожной линии Аршаань - Барчензи.
Первый бой с советской авиацией состоялся 2 сентября. В тот день тройка Ки-10 из 2-го тютая 33-го сентая, ведомая тюи Соити Окамото, наткнулась на большую группу (примерно три десятка) И-16. Несмотря на численное превосходство противника, японцы заявили четыре воздушные победы, потеряв со своей стороны лишь одну машину (сото Содзо Сайто посадил подбитый Ки-10 в поле). 4 сентября вновь состоялся крупный воздушный бой - семерке Ки-10, возглавляемая командиром 2-го тютая тайи Такео Кавадой, схватилась с 20-30 вражескими истребителями И-153 и И-16. По итогам боя советские летчики заявили девять воздушных побед. Японцы также не скромничали, претендуя на девять достоверно сбитых вражеских самолетов и ещё три вероятные воздушные победы. Героем дня стал сото Акира Исикава, который сбил три самолета, сам был ранен, но сумел совершить вынужденную посадку (умер от полученных ран на следующий день). Однако бравурные отчеты участников боя, как это часто бывает, имели мало общего с реальностью: в действительности в том бою советская сторона потеряла лишь два истребителя, а японская - три. В тот же день состоялся ещё один воздушный бой с участием 3-го тютая 33-го сентая против полутора десятков вражеских истребителей. На этот раз японцы вовсе утратили связь с реальностью - они претендовали на 13 побед. В действительности же был сбит лишь один советский самолет. Советская сторона была гораздо объективнее - по её данным, был сбит лишь один японский истребитель (на деле все самолеты 3-го тютая благополучно вернулись на базу).
Последний воздушный бой с участием Ки-10 33-го сентая в районе Халхин-Гола состоялся 5 сентября. Участвовавшие в нем пилоты 1-го и 2-го тютаев заявили в общей сложности 15 воздушных побед (и ещё пять - с пометкой «вероятно»). Советская сторона претендовала на восемь сбитых японских самолетов. На деле же японцы вернулись на базу без потерь, а советская авиация лишилась одного И-16.