Вслед за первым опытным самолетом в июне 1943 г на аэродром Одзима был доставлен второй Ки-84 (N 8402). Испытания двух этих машин шли на удивление гладко, без характерных "детских болезней". Вскоре была заказана опытная партия из 83 истребителей, первые из которых вместе с двумя опытными машинами проходили официальные испытания в Тачикаве на авиационном арсенале. Армейские пилоты, уже оценившие важность для истребителя скорости и хорошей живучести, хорошо приняли самолет, даже несмотря на недобор скоростных качеств - максимальная скорость в 624 км/ч была ниже задания, а высота в 5000 м набиралась за 6,25 мин. Тем не менее на пикировании истребитель разгонялся до 800 км/ч. При этом Ки-84 не страдал от повышенного уровня вибрации, столь характерного для японских истребителей. Для сохранения маневренности истребитель получил боевой закрылок. Управляемость самолета была хорошей, а штопорные характеристики - нормальными. В целом Ки-84 превосходил все опытные истребители, готовые на тот момент для серийного производства.
С августа 1943 г по март 1944 г была изготовлена установочная партия из 83 "Хаяте", на которых последовательно вводились изменения, исходя из опыта эксплуатации истребителя. Так, была улучшена технологичность фюзеляжа, была изменена форма и площадь рулей высоты и напраления для улучшения управляемости на взлете. Изменялась форма выхлопных патрубков. На двух машинах зимой 1943-44 гг в Маньчжурии испытывалось частично убираемое лыжное шасси. Некоторые машины получили подкрыльевые держатели для 250-кг бомб.
В октябре 1943 г для испытания истребителя в боевых условиях была сформирована опытная эскадрилья. По результатам этих испытаний истребитель был принят на вооружение японской армейской авиации под обозначением "истребитель армейский тип 4 модель 1а "Хаяте" или Ки-84-Ia.
С апреля 1944 г началось изготовление второй установочной партии в 42 истребителя, которые производились уже параллельно с серийными машинами. Эти "Хаяте" получили индивидуальные выхлопные патрубки цилиндров, что дало прибавку реактивной тяги выхлопа. Центральная подвеска дополнительного бака была заменена на крыльевую для двух 200-л баков или 250- кг бомб. Производство истребителя было осложнено нехваткой двигателей, так как завод в Мусаси долго не мог решить проблемы с их доводкой и разворачиванием массового производства. В апреле 1944 г завод вышел на уровень в 100 моторов в месяц, но этого все равно было недостаточно для выполнения заказа на 2500 "Хаяте" до конца 1944 г. Собственно планер истребителя отличала хорошая технологичность. Для его производства требовалось в два раза меньше оснастки, чем для истребителей Ки-43 и Ки-44. Конструкция самолета была разбита на ряд укрупненных узлов, которые поставлялись субподрядчиками. Для увеличения темпов производства Накадзима развернула вторую сборочную линию в г. Уцономия. В результате, несмотря на нехватку квалифицированных рабочих, недостаток алюминия и стали, в декабре 1944 г был достигнут пик производства "Хаяте" - 373 истребителя. Весной 1945 г к производству Ки-84 был подключен завод Манею в Харбине, поставивший 95 "Хаяте". Первоначально на серийные истребители ставился двигатель "армейский тип 4" (Накадзима Ха-45) "модель 11" взлетной мощностью 1800 л.с., а потом - "модель 12" взлетной мощностью 1825 л.с. Последние серийные истребители получили "модель 21" взлетной мощностью 1990 л.с.
Рост объемов производства Ки-84 отрицательно сказался на качестве выпускаемых машин. Гидросистема истребителя постоянно "текла", моторы плохо заводились и не додавали мощности. Из-за низкого качества стали подламывались стойки шасси. Несмотря на тяжелую круглосуточную работу обслуживающего персонала, процент небоевых потерь постоянно рос.
В марте 1944 г экспериментальная эскадрилья с "Хаяте" была направлена на доукомплектование 22-го сентая, который и повел истребитель в первые бои в небе Китая. Всего за пять недель до переброски на Филиппины этот сентай показал, что "Хаяте" является серьезным противником для авиации союзников, обладая практически всеми достоинствами предыдущих японских истребителей и лишенный их недостатков. Уже на Филиппинах сражались десять сентаев с "Хаяте", пытавшихся вырвать инициативу из рук американцев. Но в условиях численного превосходства авиации противника, испытывая постоянные отказы топливной системы и гидравлики, "Хаяте" оказались бессильны повернуть вспять ход событий. Впервые Ки-84 использовались в качестве пикирующих бомбардировщиков.
