Se planearon tres versiones: el caza diurno Ki-102a, el avión de ataque a tierra Ki-102b y el caza nocturno Ki-102c.

El nombre de identificación Aliado para este avión era "Randy".

[1]​ Entró en servicio en 1944, pero tuvo una acción muy limitada.

El tipo principal (102b) se mantuvo en reserva para proteger a Japón, aunque tuvo alguna participación limitada en la campaña de Okinawa.

Se mantuvo fuera del servicio en primera línea porque se esperaba que fuera el portador del misil guiado aire-tierra Igo-1-B cuando se produjo la invasión aliada de Japón.