Первой частью, получившей "Торю", стал 5-й сентай в Касива, префектура Чиба, который получил Ки-45 КАИ в августе 1942 г, но первыми с ними пошли в бой 21-й сентай в Бирме и 16-й сентай в Китае, соответственно в октябре и ноябре 1942 г. Мощное вооружение и протектированные баки самолета сделали его популярным среди экипажей. Самолет был особенно хорош в роли штурмовика для ударов по наземным и надводным целям. Специально для таких задач на "модели В" установили в центре фюзеляжа 20-мм пушку Но-3, а в подфюзеляжной гондоле - 37-мм пушку "тип 98" с ручным заряжанием. Позже серийные Ки-45 KAIb получили 1050-сильные двигатели "армейский тип 101" - 14-цилиндровые "звезды" воздушного охлаждения (Мицубиси На-102). Двигатель отличался большей надежностью и позволил уменьшить диаметр мотогондол. Ки-45 активно использовался в Новой Гвинее, в том числе против американских торпедных катеров. Кроме того, он оказался самым опасным противником для бомбардировщиков В-24 из состава 5-й воздушной армии США. Когда В-24 перешли к ночным действиям, Ки-45 был быстро доработан на роль ночного перехватчика. На некоторые самолеты в частях технического обслуживания вместо верхнего топливного бака ставились под углом к горизонту два 12,7-мм пулемета "тип Г (Но-103) для обстрела "животов" бомбардировщиков.
Успешность такой доработки позволила заказать на Кавасаки специальный ночной вариант истребителя. Новый Ки-45 КАИс при тех же двигателях, что и Ки-45 КАНЬ, получил уже полуавтоматическую 37-мм пушку Но-203 в подфюзеляжной гондоле и две 20-мм пушки Но-5 в центре фюзеляжа, установленных под углом к горизонту. 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-45КАИс, 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 сентай с Ки-45. В восточном секторе ПВО действовали 4-й, 5-й и 53-й сентай, 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-112-11, 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 KAHd, 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".
Кавасаки Ки-48