В носовой же части ставился локатор. Но технические проблемы не позволили полностью реализовать этот проект — локатор в носовой части под пластиковым обтекателем был установлен только на одном опытном самолете. Без локаторов же было выпущено 477 Ки-45 КАИc, сошедших со сборочной линии Акаси, которая с сентября 1943 г. единственная выпускала «Торю».
С началом налетов на Японию американских В-29 резко увеличилась боевая нагрузка на сентаи с Ки-45. В восточном секторе ПВО действовали 4-й, 5-й и 53-й сентаи, в центральном — 45-й и 70-й, а позже и переведенный сюда 5-й.
Новый Ки-45-II был спроектирован под 1500-сильные двигатели «Мицубиси» На-112-II, но воздушный штаб решил создать на его базе одноместный истребитель Ки-96. Дальнейшее развитие Ки-45 КАИ было связано в основном с изменением состава вооружения. Например, в носу ставилась пара 12,7-мм пулеметов «тип 1» или 37-мм пушка Но-203, а под углом к горизонту либо пара 20-мм пушек Но-5, либо пара пулеметов «тип 1». Несколько выделялся специальный противокорабельный Ки-45 KAИd, вооруженный двумя 20-мм пушками Но-5 и 37-мм пушкой Но-203 для стрельбы вперед и одним 7,92-мм «тип 98» в задней части кабины. Один самолет был оснащен 75-мм противотанковой пушкой, но мощность ее отдачи оказалась слишком велика для сравнительно легкой конструкции истребителя. Всего, включая опытные машины, было выпущено 1370 истребителей «Торю».
Ки-96
В августе 1942 г. на вооружение 5-го сентая поступил первый Ки-45 КАИа, и одновременно Такео Дои и его конструкторы приступили к работе над улучшенной версией «Торю» Ки-45-II под двигатели «Мицубиси» На-112-II мощностью 1500 л.с. По сравнению с предшественником новый Ки-45-II имел другие размеры планера — размах увеличили до 15,57 м, оперение было большей площади, что должно было улучшить управляемость при полете на одном моторе. Рабочее проектирование самолета продвигалось довольно медленно — армейская авиация не видела необходимости в новом двухместном истребителе, а Кавасаки имело в работе еще несколько проектов. Но тем не менее был выдан заказ на три опытных самолета. В декабре 1942 г. воздушный штаб пересмотрел свои взгляды и приказал Кавасаки переделать самолет в одноместный истребитель. Новый проект получил обозначение Ки-96 и отличался от предшественника Ки-45 КАИ практически во всех аспектах.
В 1943 г. работы по Ки-96 набрали темпы, и в сентябре того же года был закончен первый опытный самолет. Так как к моменту изменений в проекте первый Ки-45-II был уже на сборке, то переделанный из него Ки-96 отличался от последующих самолетов фюзеляжем и большим фонарем кабины, а кабина стрелка была заделана. В испытаниях использовались еще два опытных самолета, с самого начала сделанные в одноместном варианте с фонарем кругового обзора. Результаты испытаний были в целом удовлетворительными: Ки-96 показал хорошую управляемость, достиг расчетных летных данных, но тем не менее еще до первого полета армейская авиация пересмотрела свои взгляды на двухмоторные одноместные истребители и Ки-96 фактически послужили только аэродинамическими прототипами для сменившего их Ки-102.
Ки-102
В то время, когда работа по двухмоторному истребителю Ки-96 была уже близка к завершению, «Кавасаки» в лице Такео Дои предложила воздушному штабу армии создать на базе этого самолета штурмовик, призванный заменить в частях Ки-45. В августе 1943 г. воздушный штаб утвердил проект и предложил создать опытный образец нового самолета — Ки-102. Для ускорения работ Такео Дои решил сохранить планер и силовую установку от Ки-96. На Ки-102 установили дополнительное бронирование и протекторы на баки. Самолет получил мощное вооружение, состоящее из 57-мм пушки Но-401 и двух 20-мм пушек Но-5, установленных в носу, и одного подвижного 12,7-мм пулемета Но-103 в задней части кабины. Первый из трех опытных Ки-102 с двигателями «Мицубиси» На-112-II мощностью 1500 л.с. был облетан в марте 1944 г.
Была выпущена партия из 20 предсерийных самолетов, которые вместе с тремя опытными самолетами первоначально использовались для доводки штурмового варианта Ки-102. Управляемость и летные данные самолета были хорошими, но он был несколько неустойчив при приземлении. В результате на самолете уменьшили стояночный угол, удлинив хвостовую стойку. В таком варианте в октябре 1944 г. самолет был запущен в серию под обозначением «штурмовик армейский тип 4» (Ки-102Ь). Большинство выпущенных самолетов оставалось в резерве в метрополии, а в боях над Окинавой использовалось только небольшое их число.
В Японии самолет участвовал в испытаниях управляемой ракеты Igo-1-В, которую планировали использовать против кораблей союзников в случае десанта на Японские острова.