Потери Ki-27 во время воздушных боев за Халхин-Гол были столь велики, что в 1939 году IJAAF сумели вооружить новыми машинами лишь два полразделения — 33-й Сентай (командир — подполковник Бузо Аоки) в Кингшу и 77-й Сентай (командир — капитан Хаширо Кавахара) в Харбине, оба в Маньчжурии. Они получили свои первые Ki-27 лишь осенью 1939 года. 33-й Сентай в составе трех Чутаев был сформирован в августе 1938 года на основе истребительных подразделений 16-го Хико Рентая, тогда как 77-й Сентай был создан в июле 1938 года на базе 8-го Хико Дайтая. Последний Сентай стал впоследствии самым знаменитым подразделением, эксплуатировавшим Ki-27 — эти истребители служили в нем в течение четырех лет — до августа 1943 года! Все выпущенные в 1939 году а и Ki-27b использовались для восполнения потерь в Маньчжурии и Китае. А также для усиления уже существующих подразделений.
Ки-27a 1-го Чутая 59-го Сентая, Ханькоу, Китай, октябрь 1939 года. На caмолете с черной катаканой «Ка» на руле летал старший сержант Исами Кашиде.
Ки-27b 1-го Чутая 64-го Сентая, Китай, 1940–1941 годы. В период с января 1940 по март 1941 года эта эскадрилья действовала как автономное подразделение, известное как «Марута Бутай».
В следующем году ситуация складывалась ненамного лучше — новые Ki-27b отправляли в потрепанные в боях подразделения и заменяли ими а. В середине 1940 года 13-й Сентай получил свои первые Ki-27, но некоторое время эксплуатировал их параллельно с устаревшими бипланами Ki-10. Это подразделение (командир — подполковник Сабуро Кондо) было сформировано в июле (по другим данным -30 августа) 1938 года в Какогаве, префектура Хыого (к западу от Кобэ), Япония, на базе 13-го Хико Рентая. В сентябре 1940 года Ki-27 стали поступать в два других подразделения: во вновь сформированный 10 сентября 50-й Сентай (командир — майор Наоши Йошида) в Тайчжуне, Формоза, и базировавшийся в Хойерджонге, Корея, 9-й Сентай (командир — подполковник Сензани Намба). 50-й Сентай был организован на базе истребительных Чутаев из расформированного 8-го Хико Рентая, тогда как 9-й Сентай был сформирован в июле 1938 года из подразделений 9-го Хико Рентая.
В 1940 году первые Ki-27 получили также 4-й Сентай (командир — подполковник Сабуро Хаяши) Тачиараи, Япония, и 5-й Сентай (командир — подполковник Кензо Онда) в Кашиве, префектура Чиба, около Токио. Оба этих подразделения продолжали эксплуатировать Ki-10 и полностью перевооружились на Ki-27 в 1941 году. Также небольшое количество Ki-27 (вероятно это были а из боевых подразделений) поступило во 2-й и 29-й Сентаи (разведка), где они использовались для подготовки пилотов.
Когда боевые действия в Маньчжурии закончились, японцы сконцентрировали все силы на быстрейшем завершении "Китайского инцидента" — война в Китае истощала ресурсы Японской Империи. Самый легкий способ решения этой проблемы состоял в том, чтобы эффективно блокировать Китай, предотвратив поставку вооружений из-за границы. Береговая линия Китая была полностью в руках японцев, но войска чанкайшистов продолжали получать снабжение через гавань Хайфона во французском Индокитае. Из Хайфона грузы по железной дороге переправлялись через Ханой в китайский город Куньмин в Юньнани. Такие поставки осуществлялись по так называемой Бирманской дороге, которая включала железную дорогу от Рангуна, через Мандалай, в Лашио в Бирме и далее шоссе до Чунцина в Китае. Первым шагом японцев по блокированию этих путей снабжения стал захват в феврале 1939 года острова Хайнань, который прикрывал Тонкинский залив с юго-востока. Это серьезно угрожало французскому Индокитаю, но японцы опасались идти на открытый конфликт с Францией. Несмотря на налет бомбардировщиков на китайский отрезок железной дороги 30 декабря 1939 года (в ходе которого погибло несколько французских граждан), японские базы были слишком далеко, чтобы обеспечить постоянный контроль этого маршрута.
Таким образом, разразившаяся в Европе война стала "божьим даром" для Японии: Франция потерпела поражение, а Италия вступила в войну в июне 1940 года. Поражение Франции подразумевало, что находившиеся в Индокитае незначительные французские силы вряд ли могли рассчитывать на получение поддержки с родины, а попытка получить военную помощь от Великобритании или США не привела к успеху. Вступление в войну Италии представляло серьезную угрозу британским интересам в Средиземноморье и Северной Африке. Сражаясь в одиночку против держав Оси, англичане не могли предпринять серьезных мер, чтобы защитить свои колонии в Юго-Восточной Азии. Япония тогда оказала сильный нажим на французскую администрацию Индокитая, вынудив её закрыть железную дорогу из Хайфона 16 июля. 18 июля, уступая нажиму японцев, английское правительство закрыло Бирманскую дорогу, несмотря на протесты китайцев. В августе французы разрешили японской армии находится в провинции Тонкин, а ВВС Японии получили право базироваться на аэродромах в этой провинции — соответствующее соглашение было подписано 30 августа. В середине сентября 1940 года японские войска из китайской провинции Гуанси пересекли границу французского Индокитая и оккупировали часть провинции Тонкин к северу и северо-востоку от Красной реки. Хотя французы поначалу были против, им пришлось согласиться на эти оскорбительные условия. К концу сентября японцы оккупировали северную часть Тонкина, граничащую с Китаем и разместили подразделения ВВС на аэродромах Пхуто, Гиа Лам около Ханоя и Пу Ланг Туонг. Таким образом. Ранее недосягаемый Куньмин и китайский участок Бирманской дороги оказался в зоне действия японских бомбардировщиков.
25 сентября 1940 года имела место стычка в воздухе между японскими и французскими ВВС, которая получила название "Лангсонский инцидент". Японские Ki-27 из 84-го Докурицу Чутая (командир — майор Цупао Нагано) атаковали и сбили французский разведчик Потез 25 TOE. Пилот Морана MS-406, сопровождавшего разведчик, доложил, что ему удалось сбить один Ki-27, но японцы не признали потерь со своей стороны. Французский самолет записал на свой счет старший сержант Джиро Иери.
Ки-27b командира 4-го Сентая подполковника Сабуро Хаяши, Кикучи, Япония, сентябрь 1940 года. Эмблема на вертикальном оперении и полосы на фюзеляже и крыле синего цвети, характерного для самолетов Сентай Хомбу.
Ки-27a, вероятно 1-го Чутая 59 Сентия, Вухан, Китай, 1940 год. Цвет молний (эмблема 59-го Сентая) на фюзеляже точно неизвестен.
Тем временем в июне 1940 года Япония и Таиланд (до 1939 года — Сиам) подписали соглашение о "взаимной защите", которое позволяло японцам разместить свои военные базы в Таиланде и контролировать стратегически важный перешеек Кра в самой узкой части Малайского полуострова. В июле 1941 года, когда французские власти Индокитая под давлением японцев разрешили им разместить свои сухопутные войска и авиацию на нескольких базах, включая Сайгон, Камрань, Дуонг Донг, Пномпень и других, Япония получила превосходные позиции для наступления на британские владения в Малайе и голландскую Ост-Индию.
