Jego załoga składała się z 4 osób i mógł przewozić ładunek o masie 1000 kg lub 9 pasażerów.
Wersje i odmiany samolotu, najważniejsze różnice Ki-21 I – wersja wyposażona w silniki Nakajima Ha-5 kai o mocy 850 KM Ki-21 IA – odmiana wyposażona w 3 karabiny maszynowe Type 89 kal. 7,7 mm Ki-21 IB – odmiana wyposażona w 4 karabiny maszynowe Type 89 kal. 7,7 mm Ki-21 IC – odmiana wyposażona w 6 karabinów maszynowych Type 89 kal. 7,7 mm Ki-21 II – wersja wyposażona w silniki Mitsubishi Ha-101 o mocy 1450 KM Ki-21 IIA – odmiana wyposażona w 6 karabinów maszynowych Type 89 kal. 7,7 mm Ki-21 IIB – odmiana wyposażona w 5 karabinów maszynowych Type 89 kal. 7,7 mm i 1 działko lotnicze Type 1 kal. 12,7 mm MC-21 I – wersja transportowa i pasażerska, powstała w wyniku przebudowy samolotów Ki-21 I
Użycie w lotnictwie Samoloty Ki-21 wprowadzone zostały do japońskiego lotnictwa armii w 1938 roku. Od razu też skierowano je do Chin, gdzie wzięły udział w walkach. Następnie używane były w walkach na terenie Indochin. Brały również udział w walkach o Holenderskie Indie Wschodnie, później brały udział w atakach na cele w Australii.