En la producción en serie, el K51 recibió la designación oficial de Bombardero Pesado del Ejército Tipo 92 (Mitsubishi Ki-20).

Como resultado, la velocidad máxima del bombardero no superó los 201 km/h, y la autonomía fue de solo 2470 km, lo que era una cifra bastante modesta.

Aunque estos últimos motores eran inferiores en potencia, tenían un menor consumo de combustible y, en consecuencia, el alcance podía ser mayor.

Anticipando que el Ki-20 claramente no iba a sobrevivir en combate, se quedaron en Japón, pero, el hecho mismo de su existencia servía para indicar que la aviación del ejército tenía un bombardero estratégico y podía atacar la retaguardia del enemigo.

Tres aviones despegaron del aeropuerto de Tachikawa y dieron varias vueltas sobre la ciudad.

Los trabajos para su reemplazo habían comenzado en 1936 cuando el ejército emitió nuevas especificaciones que dieron como resultado el Mitsubishi Ki-21.

Sobre su uso durante la Segunda Guerra Mundial, la información es ambigua; según algunas fuentes, dos o tres aviones continuaron usándose como transportes y fueron desechados en 1943.

Según otras, cinco de los seis bombarderos fueron almacenados temporalmente y luego desmantelados para obtener metal.