Chiếc Ki-30 tham gia các hoạt động chiến đấu đầu tiên trong Chiến tranh Trung-Nhật và tỏ ra có hiệu quả cao khi hoạt động cùng các máy bay tiêm kích hộ tống. Thành công này được tiếp nối trong giai đoạn đầu của cuộc chiến tại Thái Bình Dương. Tuy nhiên, khi những chiếc Ki-30 không được hộ tống gặp phải các máy bay tiêm kích Đồng Minh, tổn thất nhanh chóng tăng vọt và kiểu máy bay không lâu sau được rút về làm các nhiệm vụ ở tuyến sau. Việc sản xuất chấm dứt vào năm 1941 sau khi có 704 chiếc đã được chế tạo. Nhiều chiếc đã được sử dụng trong các cuộc tấn công cảm tử Thần phong (kamikaze) cho đến cuối cuộc chiến.