Kiểu PE Nguyên mẫu - chiếc nguyên mẫu đầu tiên với Nakajima Ha.1a.
Ki-27 Nguyên mẫu - kiểu nguyên mẫu có trang bị vũ khí, 2 chiếc được chế tạo.
Ki-27-Kai Nguyên mẫu - kiểu nguyên mẫu có vũ khí và động cơ Ha.1b nặng hơn, 10 chiếc được chế tạo.
Ki-27a - phiên bản sản xuất đầu tiên. Có 565 chiếc được chế tạo.
Ki-27a-Kai - phiên bản huấn luyện biến cải trong sản xuất. Khoảng 150 chiếc được biến cải.
Ki-27b - cải tiến nóc buồng lái và bộ tản nhiệt dầu động cơ, thiết kế để mang được 4 bom 25 kg (55 lb) hoặc thùng dầu phụ dưới cánh. 1492 chiếc được chế tạo, kể cả 50 chiếc bởi Tachikawa.
Ki-27b-Kai - phiên bản huấn luyện biến cải trong sản xuất. Khoảng 225 chiếc được biến cải.
Ki-27-Kai - phiên bản nhẹ được phát triển như là giải pháp tạm thời trong khi việc phát triển Ki-43 bị kéo dài, tốc độ tối đa 475 km/h (295 mph), chỉ có 2 chiếc được chế tạo.
Ki-79 - phiên bản huấn luyện chế tạo bởi Manchu, gắn động cơ Hitachi Ha.13a. 1329 chiếc được chế tạo ở bốn kiểu (Ki-79a, b, c và d).
