Durante la Guerra del Pacífico, los aliados le asignaron al tipo el nombre-código Thora .

Aunque su diseño básico se basó en el del norteamericano Douglas DC-2, su construcción fue muy innovadora.

El avión estadounidense fue meticulosamente estudiado tanto por expertos militares como civiles, recibiendo una calificación muy alta.

Durante 1935, llegaron a Japón cinco juegos de aviones, que se ensamblaron en la planta de Nakajima; estos aviones fueron más tarde puestos en servicio con la aerolínea Nihon Koku Yuso K.K.

y aunque la compañía Nakajima, no renovó el pago de licencias para más aparatos DC-2, ganó una experiencia invaluable que permitió implementarlo en sus propios proyectos.

El avión era un monoplano aerodinámicamente limpio que, estaba planeado para ser propulsado por un solo motor Nakajima Kotobuki 2-Kai-1 de 585 hp (436 kW).

El diseño inicial fue designado AT-1; este proyecto no llegó a ser construido, ya fue modificado sobre el papel y resultó en un tipo mejorado que voló como un prototipo designado AT-2 el 12 de septiembre de 1936.

Cuatro o cinco fueron utilizados como vehículos especiales en el Ministerio de Comunicaciones, doce fueron vendidos a la aerolínea manchú Manshū Kōkū K.K., el resto a la aerolínea nacional Nihon Koku Yuso K.K..

Además, en 1937 se fabricaron adicionalmente 19 aviones por encargo de la Armada Imperial Japonesa.

que hasta finales de 1940 produjo otros 295 (según otras fuentes, 288), pasando a construir el similar en capacidad, pero significativamente más moderno y versátil Tachikawa Ki-54.

Cuando Japón entró en la II Guerra Mundial, el Ki-34 era el principal avión de transporte del ejército japonés.

Sin embargo, para su propósito previsto, precisamente como transporte en un principio, este avión no tuvo la oportunidad de servir.

[5]​ Más tarde, aviones Ki-34 como parte del 1er Teishin Sentai participaron en lanzamientos durante la Campaña de Filipinas, y en Birmania.