Pierwszy lot prototypu odbył się w styczniu 1939 roku. Ogólnie zbudowano 3 prototypy wyposażone w dwurzędowy, 14-cylindrowy, chłodzony powietrzem silnik Nakajima Ha-25 o mocy 925 KM z doładowaniem. Silnik ten był odpowiednikiem silnika Sakae, w jaki wyposażano samoloty serii Mitsubishi A6M. Uzbrojenie stanowiły dwa karabiny maszynowe 7,7 mm Typ 89 zamontowane w górnej osłonie silnika i strzelające przez śmigło. Celownik sterczał z otworu w owiewce kabiny. Ponadto na osłonie silnika umieszczono maszt anteny radiowej.
Nowy samolot spełniał wymagania postawione przez armię, ale piloci nie byli zadowoleni z jego zwrotności, gorszej niż u poprzednika Ki-27. Wciągane podwozie postrzegano jako zbędny dodatek podnoszący wagę samolotu i redukujący jego zwrotność. Ponadto pełna kabina ograniczała widoczność do tyłu. Wszystkie te niedociągnięcia postawiły przyszłość Ki-43 pod znakiem zapytania.
Lotnictwo armii postanowiło jednak kontynuować testy i zamówiło dziesięć sztuk samolotów serii próbnej oznaczonych jako Ki-43-KAI. Zamówienie zrealizowano pomiędzy październikiem 1939 roku a wrześniem 1940.