Mẫu thử đầu tiên bắt đầu được đem ra thử nghiệm mặt đất tại nhà máy Nakajima vào ngày 30/6/1945. Tháng 7 nó được dỡ ra và chuyển giao tới Sân bay Hải quân Kisarazu, tại đây nó được lắp ráp lại và chuyển bị cho thử nghiệm bay. Chuyến bay đầu tiên đã diễn ra vào ngày 7 tháng 8 năm 1945, do thiếu tá hải quân Susumu Takaoka điều khiển. Máy bay thực hiện tốt chuyến bay thử nghiệm kéo dài 20 phút, sự lo ngại chính đã là chiều dài đường băng chạy cất cánh. Đối với chuyến bay thử nghiệm thứ hai, diễn ra sau đó 4 ngày, các rocket phản lực hỗ trợ cất cánh (RATO) đã được trang bị cho máy bay. Vì sự căn chỉnh của chúng đã bị tính sai, tuy nhiên phi công do nhầm lẫn lại tin rằng RATO không hoạt động và do đó tắt động cơ chính để hủy bỏ việc cất cánh. Vì thiết máy bay không cất cánh và bị hư hại khi nó chạy đến cuối đường băng. Trước khi nó có thể được sửa chữa thì Nhật Bản đã đầu hàng và chiến tranh kết thúc.

Vào thời điểm đó, mẫu thử thứ 2 đã gần hoàn thành, khoảng 18 đebé 25 khung thân khác cũng được chế tạo. Một trong số đó là máy bay huấn luyện 2 chỗ. Các phiên bản khác được đề xuất gồm có trinh sát và tiêm kích, phiên bản tiêm kích trang bị 2 khẩu pháo Type 5 mỗi khẩu 50 viên đạn. Những phiên bản kể trên dự kiến sẽ trang bị nhưng phiên bản tiên tiến hơn của Ne-20 được gọi là Ne-20-Kai hay Ne-120, có lực đẩy lớn hơn 20% tới 30% so với Ne-20.

Sau chiến tranh

Sau chiến tranh, một Kikka được đưa tới Hoa Kỳ để phân tích, nó được gửi tới Căn cứ Không quân Hải quân Patuxent River, Maryland. Hiện giờ nó được đặt trong Bảo tàng Hàng không và Không quân Quốc gia Hoa Kỳ. Chiếc máy bay này chưa được hoàn thành và nó có thể được chắp vá từ nhiều khung thân chưa hoàn thành.

2 động cơ phản lực Ne-20 cũng được đưa tới Mỹ và được gửi đi phân tích tại Tập đoàn Chrysler vào năm 1946. Điều này chỉ được W.I. Chapman tiết lộ vào năm 2005, ông là người phụ trách dự án vào thời điểm đó. Một động cơ được lắp ráp từ các bộ phận của 2 chiếc Ne-20 và được thử nghiệm trong 11 giờ và 46 phút. Một báo cáo vào ngày 7/4/1947 có tiêu đề "Động cơ phản lực turbo NE-20 của Nhật Bản. Cấu tạo và hiệu suất". Tài liệu này hiện đang được trưng bày tại Bảo tàng Khoa học Quốc gia Tokyo.