Ki-102 поступил на вооружение в 1944 году, но участвовал в ограниченных боевых действиях. Основной тип (Ki-102 Otsu) оставался в резерве для защиты Японии, хотя и принимал ограниченное участие в кампании на Окинаве . Его не использовали на передовой, поскольку надеялись, что он станет носителем управляемой ракеты класса «воздух-поверхность» Ki-148 , когда союзники вторгнутся в Японию.
Внешне похож на Ki-102 Otsu, но с турбонагнетателями , которые позволяли двигателям поддерживать свою мощность на больших высотах. 57-мм (2,24 дюйма) пушка была заменена на 37-мм (1,46 дюйма), а 12,7-мм (0,50 дюйма) задняя пушка была удалена, построено 26.
Ки-102 Оцу
Вариант штурмовика, аналогичный прототипам, за исключением измененного хвостового колеса, построено 207 экземпляров
Ки-102 Хей
Ночной истребитель с удлиненным фюзеляжем и размахом крыла. Радар под куполом из плексигласа , 20-мм пушки косой стрельбы, 20-мм пушки в брюхе заменены на 30-мм (1,18 дюйма) пушки в Schräge Musik за кабиной, построено два экземпляра.
Ки-108
Прототип высотного истребителя с герметичной кабиной , две модификации самолета Ki-102 Otsu с использованием конструктивных усовершенствований, примененных на Ki-102 Hei.
Ки-108 Кай
Улучшенная версия Ki-108 с удлиненным фюзеляжем и увеличенными крыльями. Построено два экземпляра.
