Рост выпуска Ki-27 позволил Коку Хомбу оснастить этими самолетами в 1941 году пять новых подразделений. Три из них были созданы в марте. 1 марта — 87-й Сентай (командир — подполковник Цунено Синдо) в Харбине, Маньчжурия, ядро которого составили пилоты из 11-го и 24-го Сентаев. 5 марта — 70-й Сентай (командир — майор Мутсуо Ияма) в Сингчжу, Маньчжурия; пилотов брали из 9-го и 33-го Сентаев. 7 марта — 85-й Сентай (командир — майор Горо Ямомото) в Сунджи около Харбина, и в этот раз использовали пилотов из других подразделений (1-го и 64-го Сентаев). 144-й Сентай (командир — майор Шигечики Томари) был сформирован 20 июля в Тойуке, префектура Сантама, Япония. В апреле 1942 года (по некоторым данным — в ноябре 1941 года) это подразделение перебросили в Чофу около Токио и сменили ее обозначение на 244-й Сентай, возложив на него задачи по защите столицы с воздуха. 6 сентября (по другим данным 26 июля) в Кашиве, префектура Чиба, Япония, на базе части 5-го Сентая сформировали 54-й Сентай (командир — майор Ясукари Синада). В ноябре его перебросили в Ханькоу, Китай. И, наконец, с марта до июля 1941 года несколько Ki-27 использовалось в 206-м Сентае (легкие бомбардировщики), но лишь исключительно для тренировки пилотов.

В июле 1941 года в летной школе в Акено (Акено Рикугун Хико Гакко) был сформирован 102-й Докурицу Чутай, вооруженный Ki-27. Первоначально он использовался для задач ПВО, но в ноябре его включили как 3-й Чутай в состав 13-го Сентая.

Ввиду приближающейся войны в ноябре 1941 года в Хамацу (Япония) была сформирована 1-я Полевая запасная авиагруппа (Дай-Ичи Йасен Ходжу Хикотай) под командованием подполковника Такенао Цубучи, в задачу которой входила поставка новой техники боевым частям. Группа состояла из трех отдельных подразделений: истребительного (Сентокитан), легких бомбардировщиков и тяжелых бомбардировщиков. Ki-27 эксплуатировались в Сентокитан (командир — капитан Каофу Какими) с ноября 1941 года до середины 1942 года, базируясь в (в хронологическом порядке) Хамамацу, Акено и Кашиве в Японии, Тайчжуне на Формозе и с января 1942 года в Кампонге, Камбоджа.

В то же самое время, в 1941 году, IJAAF стали получать на вооружение приемника Ki-27 — истребитель Ki-43 "Хаябуса". Первыми получили новые машины 59-й Сентай (в июне) и 64-й Сентай (в августе-сентябре). Их Ki-27 были переданы в другие подразделения и летные школы. Из-за некоторых проблем с новым истребителем оба Сентая окончательно перевооружились на него только к ноябрю 1941 года. 47-й Докурицу Чутай получил первые девять истребителей-перехватчиков Ki-44 "Сики". Кроме этих подразделений, все остальные истребительные части армейской авиации — пятнадцать Сентаев и два Докурицу Чутая — были вооружены Ki-27, из которых около 600 находилось в передовых частях.

В июле 1941 года Токио принял решение начать превентивную войну против США, Англии и Голландии. Япония начала крупномасштабное развертывание своей авиации на новых полевых аэродромах, в основном вне метрополии. Когда 7 декабря 1941 года началась война на Тихом океане, Ki-27 (фактически только Ki-27b) состояли на вооружении следующих частей армейской авиации: 1-го, 11-го и 77-го Сентаев и 84-го Докурицу Чутая в Индокитае; 24-го и 50-го Сентаев и двух Чутаев 4-го Сентая на Формозе; 9-го Сентая в Корее; 33-го, 70-го, 85-го 87-го Сентаев в Маньчжурии; 54-го Сентая и 10-го Докурицу Чутая в Китае и 144-го Сентая и одного Чутая 4-го Сентая в Японии.

Ки-27a 2-го Чутая 59-го Сентая, Китай, 1939–1940 годы. На этой машине (заводской номер 91) с черной катаканой «Ка» на руле летал старший сержант Исаму Кашиде.

Руль направления с катаканой «Ка».

Ки-27b 2-го Чутая 64-го Сентая, первая половина 1941 года. В это время 64-й Сентай получил новую эмблему — стрелу на вертикальном оперении (более известную по истребителям Ки-43 «Хаябуса»). Самолет на снимке принадлежал 2-лейтенанту Йохеи Хиноки. В 1-ом Чунтае стрела была белого цвета, во 2-ом — красного и в 3-ем — желтого.

Примечательно, что из пятнадцати истребительных Сентаев, имевших в декабре 1941 года на вооружении Ki-27, лишь пять непосредственно принимали участие в боевых действиях на первом этапе войны на Тихом океане: 1-й, 11-й, 24-й, 50-й и 77-й Сентай (плюс 10-й и 84-й Докурицу Чутаи). Не менее пяти Сентаев остались в Маньчжурии и Корее, что демонстрирует очень высокое внимание, которое Имперский генеральный штаб уделял потенциальной угрозе со стороны Советского Союза. К началу войны подразделения базировались в Корее и Маньчжурии следующим образом: 9-й Сентай в Хоерянге, 33-й Сентай в Коингджу, 70-й Сентай в Донгджингченге, 85-й Сентай в Памиентонге и Хайланге и 87-й Сентай в Туаншаньси. На обширных оккупированных территориях Китая остался только 54-й Сентай в Ханькоу. Четыре Сентая, базировавшиеся в Японии и на Формозе были единственными подразделениями решающими задачи ПВО: 5-й Сентай всего из двух Чутаев (25 Ki-27) в Кашива и Мацудо в районе Токио; 13-й Сентай из трех Чутаев (37 Ki-27) в Таишо и Итами в центральном районе Хонсю; 144-й Сентай из двух Чутаев (19 Ki-27) в Чофу около Токио; 3-й Чутай 4-го Сентая (12 Ki-27) в Озуни в западной части Хонсю; 1-й и 2-й Чутаи 4-го Сентая (25 Ki-27) в Пингдонге на Формозе. Тогда главной угрозой считались не американские, а советские бомбардировщики: по оценкам японцев не менее 380 (!) самолетов базировалось на советских дальневосточных аэродромах.

Ки-27b 3-го Чутая 77-го Сентая, Малайя, декабрь 1941 года. На этом самолете летал командир 3-го Чутая капитан Йоширо Кувабара. Под центропланом два подвесных бака. Мишина окрашена в редкий для Ки-27 многоцветный камуфляж.

Ки-27b 2-го Чутая 4-го Сентая. Пингтунг, Формоза, конец 1941-начало 1942 года. Эмблемой Сентая было стилизованное изображение меча и потока воды по месту его первоначального базирования — Тачиараи (тачи — меч, араи — водоем). Чутай отличались цветом эмблемы: в 1-ом они были белого цвета, во 2-ом — желтого, в 3-ем — красная и в Сентай Хомбу — синяя.

В ноябре 1941 года Имперский генеральный штаб решил, что дипломатия терпит неудачу и Япония должна начать войну. Стратегия предусматривала, что первый нокаутирующий удар будет нанесен по американскому Тихоокеанскому флоту, стоящему на якоре в гавани Перл-Харбор на острове Оаху, Гавайи, а также по Малайе, Гонконгу, Филиппинам, Гуаму и Уэйну. На втором этапе войны главной целью становились Сингапур и Бирма, а затем, после взятия Филиппин и Малайи, голландская Ост-Индия, богатая полезными ископаемыми, особенно сырой нефтью. Затем на очереди были Новая Гвинея, острова Бисмарка, Соломоновы острова и множество других, меньших по размерам островов, атоллов и архипелагов в центральной и северной части Тихого океана и Бенгальском заливе (Андаманские и Никобарские острова).