Как уже упоминалось, на Ki-27 устанавливалось только стандартное оборудование (если не считать радиостанции на некоторых Ki-27b). Хотя конструкторы рассматривали различные варианты усиления вооружения самолета и зашиты топливных баков и кабины (серийные машины не имели даже лобового бронестекла), опасность увеличения веса и, как следствие, падение летных характеристик препятствовали внедрению этих изменений. После начала боевых действий в Китае ВВС обнаружили, что их истребителям не хватает дальности, особенно при сопровождении бомбардировщиков. Чтобы решить эту проблему, в июле и августе 1940 года два серийных Ki-27b оснастили дополнительным топливным баком, который установили за сидением пилота. Модернизированные таким образом машины получили обозначение Ki-27 КАИ (Кьюнана-Сики Кайзо Сентоки, слово "Кайзо" имеет значение модификация). Летные испытания показали, что при полностью заправленном дополнительном топливном баке самолет имел чрезмерно заднюю центровку, что делало его крайне сложным, если не сказать опасным, в пилотировании. В конечном итоге от этой затеи отказались, решив проблему путем установки двух 133-литровых подвесных баков, что позволило увеличить дальность полета до 470 км.

Одни источники утверждают, что один из Ki-27 КАИ позднее использовался для испытаний нового типа щитков, а другой — для отработки убирающегося шасси — эти элементы использовались на новом истребителе Накадзимы Ki-43 "Хаябуса". Другие источники говорят о том, что обе новинки были испытаны вместе на одном из этих самолетов. Некоторые старые публикации описывают Ki-27 КАИ как облегченный вариант Ki-27, но не объясняют, как этот сверхлегкий истребитель можно сделать ещё легче. Трудно определить где правда, а где вымысел из-за отсутствия детальной информации — не сохранилось даже ни одной фотографии Ki-27 КАИ. В любом случае, работы над этой модификацией были прекращены уже после того, как Ki-43 был принят на вооружение ВВС.

Ки-79b неизвестного подразделения на аэродроме среди других самолетов. Послевоенный снимок.

Учебные Ки-27

Уже с 1939 года, когда в части стали поступать Ki-27b, а стали использовать для продвинутого обучения. С 1941 года некоторые Ki-27b, снимаемые с вооружения передовых частей, стали передавать в летные школы. По некоторым данным около 150 а и 225 Ki-27b использовались в качестве учебно-тренировочных. Эти Ki-27 ничем не отличались от обычных истребителей, за исключением того, что на них как правило снимали обтекатели колес (впрочем, делали это и на боевых машинах) и иногда заменяли хвостовой костыль колесом. С некоторых из этих самолетов снимали хвостовой обтекатель — по всей видимости он использовался для буксировки мишеней (имевших форму цилиндра) в ходе учебных стрельб. На многих машинах над левым крылом устанавливался фотокинопулемет для фиксации результатов стрельбы. Самой интересной модификацией, использовавшейся главным образом на Ki-27b (хотя были и исключения), была замена стандартных колес на пневматики низкого давления, они устанавливались на полувилках и не имели обтекателей. Подобные колеса применялись и на учебных самолетах Тачикава Ki-9 и Ki-17 — они облегчали эксплуатацию на плохо подготовленных полевых аэродромах с мягким грунтом и неровной поверхностью.

В некоторых англоязычных источниках утверждается, что учебные самолеты имели обозначение а КАИ и Ki-27b КАИ, в зависимости от базового типа. Однако, опубликованные японцами материалы не подтверждают этого — самолеты сохранили обозначение а и Ki-27b. Официальное название машин было Кьюнана-Сики Ко-Гата Ренсен и Кьюнана-Сики Оцу-Гата Ренсен ("Ренсен" — сокращение от Реншуйо Сентоки — учебный истребитель), то есть Армейский учебный истребитель Тип 97 Модель А и Армейский учебный истребитель Тип 97 Модель В.

Используемые для обучения пилотов Ki-27 были одноместными и могли использоваться лишь для продвинутой подготовки уже освоивших пилотирование летчиков обучение приемам воздушного боя, высшему пилотажу, полетам в строю, навигации и т. п. В начале 1940 года Коку Хомбу счел, что армейская авиация нуждается в двухместном учебном самолете, который по своим характеристикам должен быть близок к стандартному истребителю (каковым тогда являлся Ki-27). Машину предполагалось использовать для продвинутой подготовки, то есть обучения пилотажу и методам ведения воздушного боя. Армейский Летно-исследовательский институт в Тачикава разработал вариант переделки Ki-27 в двухместную машину путем установки второй кабины с полным комплектом приборов и сдвоенного управления. В 1942 году либо завод Накадзима, либо Первый Армейский Воздушный арсенал (Кото) в Тачикаве (точно неизвестно) переделал десять серийных Ki-27 в двухместные машины. Успешные испытания этого самолета привели к решению о начале серийного производства.

Мансю Кн-79