Ki-46

K-46-II
1941년 3월부터 제작에 들어가 1942년 6월 제식채용된 사양. 엔진을 기존 하26에서 하102[3]로 교체했으며 고도 5,800m에서 최대 604km/h까지 속도를 낼 수 있었다. 비행성능 외에도 무선기와 사진기가 개량되었으며 익면하중의 증가로 인해 이륙거리와 실용상승한도는 다소 저하되었다.

K-46-III
등장 초기에는 획기적인 속도와 고고도 항속능력을 보유한 K-46이었지만, 전쟁이 지속되면서 연합군 쪽에서도 속도와 고도를 따라잡을만한 전투기들이 나오고 있었다. 때문에 육군은 1942년 5월부터 기존의 II형에서 보다 최대속도와 항속능력을 향상한 III형의 개발에 착수했다. III형은 기존 엔진보다 출력이 높은 하112-II[4]로 엔진을 교체했고, 공기저항을 낮추기 위해 엔진 덮개와 캐노피도 재설계했다. 또한 기수부에 내장 연료탱크를, 기체하부에 추가 연료탱크를 증설해 항속거리의 증가를 꾀했다. 낙하형 추가 탱크까지 장비했을 경우 III형은 기존의 2,400km를 훌쩍 뛰어넘는 4,000km까지 비행 가능했다.
III형은 6000m에서 최대속도 630~642km/h를 낼 수 있었는데, 2차대전기 일본 전투기의 완성체였던 Ki-84와 엎치락 뒤치락 하는 속도였다. 실용상승고도도 8,000~10,000m로 올라갔지만 캐노피 유리의 시계가 왜곡되거나 난반사가 일어나는 단점도 있었다.

무장형
전쟁 후기에는 Ki-46-III의 고고도 성능을 살려 기관포로 무장한 고고도전투기로 운용되기도 했다. 이럴 만도 한게 1943년 시점에서 일본 군용기 중에서 III형만큼 고고도에서 건실하게 비행할 수 있고 실전을 통해 검증된 물건은 거의 없었다. 당장 B-29 요격에 필요한 고고도전투기가 필요한 일본 입장에서는 적어도 고고도 비행능력만은 검증된 III형이라도 일단 개장해서 써 먹어 봐야 했다.
무장형은 1944년 6월부터 등장했는데 기수에 20mm 기관포를 장착한 III형을(乙), 기체 상면에 37mm 기관포를 추가 장착한 III을+병(乙+丙)형이 출시되었고 총 90기가 생산되었다. 이로 인해 기존 정찰기 사양은 III형갑(甲)으로 명명되었다.
이들 무장형은 소수가 시험배치되어 B-29 1기를 격추시키기도 했으나 정찰기라는 태생적 한계상 고전을 면치 못했다. 처음부터 고속비행에 모든 것을 건 설계다 보니 B-29의 기총 화망도 피하거나 버티기 힘들었고 P-51 머스탱 같은 호위기라도 따라붙는 날엔 초상을 피할 길이 없었다. B-29가 중 저고도 폭격으로 전술을 선회하고 Ki-84가 요격기의 자리를 차지한 뒤로는 무장 기체들도 다시 정찰 임무로 돌아갔다.

K-46-IV
터보 차저가 엔진을 장착한 최종 개량형. 4기만 생산되고 실전에는 투입되지 못한 채 종전을 맞이했다. 시제기의 경우 1945년 2월 북경부터 도쿄에 이르는 2,250km의 거리를 평균시속 700km로 주파한 이력이 있다. 다만 이 때는 편서풍의 덕을 봤다.