Vào giữa năm 1944, một trong những máy bay tiêm kích tốt nhất của Lục quân Nhật Bản là chiếc Kawasaki Ki-61 Hien (飛燕、Phi Yến - én bay, tên mã của Đồng Minh là "Tony"). Nó là máy bay tiêm kích duy nhất do Nhật Bản sản xuất trang bị động cơ thẳng hàng (kiểu Kawasaki Ha-40, một cải biến của người Nhật dựa trên kiểu động cơ Daimler-Benz DB 601 của Đức) trong Thế Chiến II, cũng như là chiếc đầu tiên trang bị vỏ giáp và thùng nhiên liệu tự hàn kín ngay khi xuất xưởng. Nó cũng có được tính năng bay đáng ngưỡng mộ, so sánh được với các thiết kế hiện đại của Hoa Kỳ và châu Âu vào thời đó, chú tâm vào vận tốc và tốc độ lên cao thay vì độ cơ động và tầm bay xa. Nó là một thiết kế có hiệu quả, nhưng chịu ảnh hưởng bởi sự thiếu hụt động cơ và những vấn đề về độ tin cậy.

Những vấn đề này cùng với ưu thế về tính năng bay của những chiếc máy bay tiêm kích đối phương, đặc biệt là kiểu F6F Hellcat, đã dẫn đến việc phát triển một phiên bản cải tiến, chiếc Ki-61-II (sau này là Ki-61-II-KAI), trang bị động cơ mới Kawasaki Ha-140 công suất 1.120 kW (1.500 mã lực), mà không may thay lại nặng hơn chiếc Ki-61-I-KAIc mà nó thay thế. Tốc độ tối đa gia tăng từ 590 km/h (368 mph) lên 610 km/h (379 mph) và tính năng bay nói chung (ngoại trừ tốc độ lên cao) đều được cải thiện. Tuy nhiên, nó không bao giờ có dịp thể hiện như kế hoạch do chất lượng của dây chuyền sản xuất động cơ liên tục bị xuống cấp. Việc sản xuất kiểu này kết thúc vào đầu năm 1945, khi một cuộc ném bom của B-29 đã phá hủy nhà máy sản xuất động cơ, để lại hơn 280 khung máy bay Ki-61 không có động cơ trang bị. Vào thời điểm này của cuộc chiến, Lục quân Nhật đang rất cần những chiếc máy bay tiêm kích đánh chặn hiệu quả để ngăn chặn những cuộc ném bom của đối phương vào chính quốc Nhật Bản, nên đã yêu cầu trang bị kiểu động cơ Mitsubishi Ha-112-H trên những khung máy bay này.

Kiểu Mitsubishi Ha-112-H là một động cơ mạnh mẽ, thực chất tương đương với kiểu Ha-140, nhưng là loại bố trí hình tròn và nhẹ hơn (chiếc Ki-100 nhẹ hơn 272 kg/600 lb so với chiếc Ki-61-II, tương đương kiểu Ki-61-I). Sau khi nghiên cứu một mẫu máy bay Fw 190A được nhập khẩu, một máy bay tiêu biểu có động cơ bố trí hình tròn lắp thành công trên một khung máy bay hẹp, ba khung máy bay Ki-61-II-KAI được cải biến để lắp kiểu động cơ này làm chiếc nguyên mẫu. Vào ngày 1 tháng 2 năm 1945, kiểu máy bay mới bay chuyến bay đầu tiên. Bộ Tổng tham mưu Lục quân đã ngạc nhiên bởi tính năng bay xuất sắc của nó, đã vượt qua chiếc Hien về mọi mặt ngoại trừ vận tốc tối đa (bị suy giảm đôi chút do diện tích cản lớn hơn), nên đã yêu cầu đưa kiểu máy bay mới vào sản xuất dưới tên gọi Máy bay Tiêm kích Lục quân Loại 5 Kiểu 1a. Tên đặt của công ty cho nó là Ki-100-1-Ko, và không lâu sau có thêm 271 khung máy bay cùng được cải tiến.

Động cơ này tỏ ra bền bỉ tương phản với những cơn ác mộng cơ khí công suất cao trên những chiếc Nakajima Ki-84, Kawasaki Ki-61 và Kawanishi N1K-J đã khiến nhiều chiếc máy bay phải nằm lại trên mặt đất. Mặc dù chậm khi bay ngang, Ki-100 có thể bổ nhào sánh cùng P-51 Mustang không giống như đa số những máy bay tiêm kích Nhật khác và iữ được tốc độ khi thoát ra. Các khẩu pháo mang được 250 viên đạn 20 x 94 mm mỗi khẩu, mỗi đầu đạn nặng 112 g (AP: xuyên thép) hay 79 g (HE: đạn nổ 12%). Vận tốc đầu đạn là 700 m/s (2.300 ft/s); của HE là 730 m/s (2.400 ft/s) cung cấp tầm bắn hiệu quả là 900 m (2.950 ft). Tốc độ bắn 850 viên mỗi phút bị giảm đi khoảng 27% khi đồng bộ với các cánh quạt, dù vậy kiểu vũ khí này vẫn có hiệu quả (620,5 viên mỗi phút) ngay cả theo tiêu chuẩn phương Tây. Mỗi khẩu súng máy trên cánh mang được 250 viên đạn 12,7 x 81 mm. mỗi đầu đạn nặng 35,4 g AP (33-38 g 2,2%HE) và có vận tốc đầu đạn là 760 m/s (770–796 m/s HE) (2.450 ft/s; 2.500-2.600 ft/s) cung cấp tầm bắn hiệu quả là 750 m (2.460 ft), với tốc độ bắn 900 viên mỗi phút.[2]

Việc cải tiến kiểu căn bản đã cho ra đời phiên bản Ki-100-II, với động cơ siêu tăng áp dùng để đánh chặn những chiếc máy bay ném bom B-29 Superfortress trên tầm cao, nhưng chỉ có ba chiếc được chế tạo và chúng chưa từng được đưa ra sử dụng.