Ki-43 được thiết kế bởi Hideo Itokawa, sau này trở nên nổi tiếng là nhà tiên phong về kỹ thuật tên lửa Nhật Bản. Chiếc Ki-43 mẫu được hoàn thành vào tháng 12 năm 1937, có các đặc tính kỹ thuật thừa hưởng từ chiếc Nakajima Ki-27 phổ dụng trước đó. Các đặc tính được yêu cầu bao gồm tốc độ tối đa 500 km/h (311 mph), tốc độ lên cao 5,000 m (16,400 ft) trong 5 phút và tầm hoạt động 800 km (500 mi). Độ cơ động ít ra cũng phải tương đương như Ki-27.

Chuyến bay đầu tiên vào tháng 1-1939 của chiếc Ki-43 nguyên mẫu thật đáng thất vọng. Các phi công thử nghiệm Nhật Bản than phiền là nó ít cơ động hơn chiếc Nakajima Ki-27 "Nate" và cũng không thật sự nhanh hơn. Theo yêu cầu giải quyết các vấn đề đó, Nakajima đã đưa ra loạt sản phẩm được chỉnh sửa cải tiến suốt từ 1939 đến 1940. Các thay đổi tập trung ở chương trình tiết giảm phần lớn trọng lượng, thân được làm thon hơn với các bề mặt cánh đuôi vuốt lùi về sau hơn và vòm buồng lái mới. Điểm chủ chốt: chiếc máy bay nguyên mẫu thứ 11 được giới thiệu một kỹ thuật vô song: các cánh tà cơ động lái kiểu "cánh bướm" (hay kiểu Fowler), được dùng để gia tăng khả năng chuyển hướng đột ngột. Nguyên mẫu thứ 13 đã kết hợp toàn bộ các thay đổi trên và các thử nghiệm của chiếc máy bay này đưa đến kết quả là Nakajima được chỉ thị đưa Ki-43 vào dây chuyền sản xuất. Các đồ gá lắp khuôn dập dùng để chế tạo Ki-43 được chuyển đến nhà máy Mansyu tại Harbin tại vùng chiếm đóng Mãn Châu Quốc thuộc Nhật Bản

Phiên bản ban đầu được định danh Ki-43-I được chuyển giao từ nhà máy Ota của Nakajima bắt đầu từ tháng 4-1941. Với khả năng cơ động nổi bật được thêm vào, Ki-43-I có một vận tốc lên cao rất ấn tượng nhờ trọng lượng nhẹ của nó. Động lực được cung cấp bởi động cơ Nakajima Ha-25 để quay bộ cánh quạt kim loại 2 cánh 2 bước dịch chuyển. Tốc độ tối đa là 495 km/h (309 mph)tại cao độ 4,000 m (13,160 ft). Ki-43 được trang bị 2 súng máy gắn trên chụp động cơ theo nhiều cấu hình, với 2 súng máy 7.7mm (0.303 in) Kiểu 97, hoặc một súng 12.7mm (0.5 in) Ho-103 và một súng máy 7.7 mm (0.303 in) hoặc là hai súng máy 12.7mm (0.5 in) Ho-103. Máy bay được đưa ra nhiều tiểu định danh để thể hiển những sự khác biệt đó. Cấu hình đưa ra thường thấy nhất vào đầu cuộc chiến là cấu hình hai súng máy 12.7mm (0.5 in) Ho-103 đôi khi được định danh trong phòng thiết kế là Ki-43-I. Súng máy Ho-103 được nạp đạn nổ để gia tăng hiệu quả khi bắn trúng mục tiêu, hiệu quả xuyên phá của nó được dùng để chống lại máy bay đồng minh có vỏ giáp bọc ngoài.

Phiên bản nguyên mẫu của chiếc Ki-43-II bay vào tháng 2-1942. Động cơ Ha-25 được thay thế bởi động cơ Nakajima Ha-115 có công suất lớn hơn, động cơ này được lắp đặt trong một nắp chụp (có dây cung) dài hơn. Động cơ mới quay bộ cánh quạt 3 cánh. Cấu trúc cánh - vốn hay chịu sự hỏng hóc trên phiên bản Ki-43-I - đã được gia cố tăng cường và trang bị thêm các giá để treo bom và các thùng nhiên liệu phụ. Chiếc Ki-43-II còn được gắn các tấm giáp dày 13 mm bảo vệ đầu và lưng cho phi công và các thùng nhiên liệu của máy bay đã được phủ một lớp cao su non dùng cho thùng nhiên liệu tự hàn kín. Chỗ ngồi của phi công cao hơn trong mái vòm buồng lái và kính ngắm phản xạ được thay thế cho kính ngắm viễn vọng trước đó. Nakajima bắt đầu sản xuất Ki-43-II tại nhà máy Ota vào tháng 11-1942.[9] Việc sản xuất cũng bắt đầu tại nhà máy Tachikawa Hikoki và Xưởng quân khí lục - không quân số 1 cũng tại Tachikawa. Mặc dù nhà máy Tachikawa Hikoki đã thành công trong việc đưa chiếc Ki-43 vào dây chuyền sản xuất hàng loạt nhưng Xưởng quân khí lục - không quân số 1 lại không thành công lắm, do bị cản trở bởi sự thiếu hụt các nhân công có tay nghề. Cuối cùng được lệnh phải dừng sản xuất sau khi chiếc Ki-43 thứ 49 được chế tạo.[10] Nakajima cuối cùng cũng dừng dây chuyền sản xuất vào giữa năm 1944 do có sự ưu tiên hơn để sản xuất chiếc Ki-84, nhưng Tachikawa vẫn tiếp tục sản xuất Ki-43.

Tachikawa cũng sản xuất Ki-43-III, được lắp đặt động cơ Ha-115-II công suất cao hơn. Tốc độ tối đa gia tăng đến 358 mph (576 km/h). Tachikawa đã sản xuất được 2.124 chiếc Ki-43-II và Ki-43-III từ giữa tháng 4-1944 đến cuối cuộc chiến.[12] Tổng cộng sản lượng của tất cả các phiên bản là 5.919 máy bay.[13]