Помимо армейской авиации Японии, Ki-27 находились на вооружении ВВС ещё двух государств: Таиланда и Маньчжоу-го. Таиланд получил в январе 1942 года двенадцать Ki-27b наряду с другими самолетами в качестве военной помощи от Японии. Эти истребители в Таиланде получили обозначение Бин Кхан Лан 12 (истребитель Тип 12, сокращенно "B.Kh.12") и название "Ота", по имени города, где находился выпускавший их авиазавод.

Новые самолеты поступили в 16-ю Истребительную эскадрилью (Фунг Бин Кхан Лан 16), уже имевшую на вооружении американские Кертиссы 75 N "Хок". Она базировалась на аэродроме Дон Муанг. Несколько позже 16-ю Истребительную эскадрилью включили в состав 85-го Смешанного авиакрыла (Конг Бинг Нои Фасом 85) и перевели на север Таиланда, на аэродром Лампанг. Первый боевой вылет тайских Ki-27 состоялся 6 февраля 1942 года, когда они сопровождали девятку бомбардировщиков Ki-30, которые нанесли удар по китайским войскам в районе Лои Мве, Бирма. Эта операция проводилась в рамках так называемой "кампании в провинции Шан". Подобные вылеты повторялись до 19 февраля. Затем вплоть до 15 марта 1942 года тайские Ki-27 и "Хоки" патрулировали воздушное пространство между Чианг Мей и Чианг Рей на севере Таиланда, ни разу не встретив противника.

В последующие недели они вновь сопровождали Ki-30, которые совершали периодические налеты на Кенгтунг. 13 апреля Ki-30 в сопровождении Ki-27 атаковали скопления вражеских войск у Лои Мве и Монг Хная. В конце апреля 1942 года боевые действия в провинции Шан активизировались. В то время Ki-27 16-й эскадрильи занимались эскортированием бомбардировщиков Ki-21 и Мартин 139. Боевые действия в провинции Шан и южных районах Китая продолжались то разгораясь, то затухая до февраля 1943 года. Ki-27 16-й эскадрильи занимались патрулированием и сопровождением бомбардировщиков, но ни разу не встретились с самолетами противника.

В 1943 году королевские ВВС Таиланда (RTAF) получили новые истребители Ki-43 "Хаябуса". Некоторые из них поступили в базировавшуюся в Чианг Мейе 16-ю Истребительную эскадрилью, сменив в ней "Хоки" 75N. Последние, в свою очередь, были переданы в 43-ю эскадрилью для замены устаревших Кертисс "Хоков" III.

Днем 31 декабря 1943 года 25 бомбардировщиков Консолидейтед В-24 "Либерей-тор" из 308-й Бомбардировочной группы, летевшие без истребительного прикрытия, атаковали аэродром Лампанг на севере Таиланда. Они столкнулись с шестеркой Ki-27, базировавшейся на этом аэродроме 16-й Истребительной эскадрильи. По сообщению экипажей американских бомбардировщиков, тайские пилоты в своем первом бою с тяжелыми бомбардировщиками вели себя не очень агрессивно, держались на большом расстоянии, с легкостью отступая при открытии ответного огня. В следующий налет на Лампанг, имевший место 3 января 1944 года, 24 В-24 сопровождались истребителями Локхид Р-38 "Лайтнинг" из 449-й истребительной эскадрильи 51-й Истребительной группы. Было замечено в воздухе четыре самолета тайцев, но ни один из них не пытался атаковать.

Следующее столкновение с американцами произошло днем 11 ноября 1944 года. Девять истребителей Р-51 из 25-й истребительной эскадрильи и восемь "Лайтнингов" из 449-й истребительной эскадрильи (обе входили в состав 51-й Истребительной группы 14-й Воздушной Армии) выполняли разведывательный полет над железной дорогой Чианг Мей по направлению к мосту Бан Дара, атакуя по пути все обнаруженные цели. Они уничтожили один паровоз и сбили над Лампангом одномоторный самолет. На перехват вражеской группы поднялась пятерка Ki-27 16-й Истребительной эскадрильи под командованием лейтенанта Ча-лермкиата Ваттакангкуна. Последовавший бой плохо закончился для тайских пилотов. На стороне американцев был численный перевес. 2-й лейтенант Камрон Блеангкам и сержант Чуладит Детканчорн атаковали Р-38. Камрон сбил "Лайтнинг", но его самолет получил тяжелейшее повреждение и рухнул на землю. Следом был сбит и истребитель Чуладита. Оставшиеся три Ki-27 завязали бой с "Мустангами". На самолете командира тай-цев лейтенанта Чалермкиата был поврежден двигатель и он совершил вынужденную посадку. Его истребитель был сразу обстрелян Р-51 и полностью уничтожен. Подобная судьба постигла и его ведомых - сержант Нат Сунсорн был убит, а самолет сержанта Тара Каймука упал в девяти милях от Лам-панга. Все четыре выживших в этом бою тайских пилота получили различные ранения. Американцы признали потерю одного Р-38, ещё два Р-51 получили повреждения

22 марта 1945 года Ki-27 и Ki-43 16-й Истребительной эскадрильи атаковали формирование В-24 из 8-й Бомбардировочной группы, бомбившей с малой высоты железную дорогу Бангкок - Чианг Мей. О результатах этой атаки данных нет.

К концу войны изношенные тайские Ki-27 снимались с эксплуатации из-за отсутствия запасных частей. В апреле 1945 года RTAF всё ещё имели в своем составе девять Ki-27: один (небоеспособный) в 15-й эскадрилье и восемь (только две машины в летном состоянии) в 16-й эскадрилье. В ноябре 1945 года оставался один последний Ki-27 в 43-й эскадрилье. По некоторым сведениям, работавшие в начале 50-х годов в Таиланде американские военные советники видели в Дон Муанге три Ki-27 (вероятно в нелетном состоянии)

В 1942 году первые Ki-27b получили ВВС Маньчжурии (Маньшу Кокугун Хико-тай, MAF), сформированные под контролем японцев. Первый Сентай, вооруженный Ki-27, базировался в столице, Мукдене. Второй Сентай был сформирован в Харбине.

Оба подразделения должны были осуществлять ПВО этих городов. MAF использовалась Японией в основном в пропагандистских целях, и с 1943 года большинство маньчжурских пилотов вошли в состав IJAAF. Оба Сентая, вооруженных Ki-27, использовались до конца войны для подготовки пилотов для японских ВВС.

Начиная с 1944 года, пилоты MAF предпринимали отчаянные попытки перехватить бомбардировщики Боинг В-29 20-го Бомбардировочного командования, бомбившие Маньчжурию. Классическая атака на летающие на большой высоте бомбардировщики была неэффективна из-за низкой скороподъемности и слабого вооружения Ki-27. Многие пилоты старались таранить вражеские самолеты, если им удавалось подобраться к ним достаточно близко. Первая успешная попытка такой атаки была зафиксирована MAF 7 декабря 1944 года, когда группа из 108 В-29 из 58-го Бомбардировочного крыла совершила налет на Мукден. 2-й лейтенант Соко Касуга уничтожил один В-29, направив в него свой Ki-27. В ходе этой атаки он погиб. Вторая подобная атака имела место 21 декабря 1944 года, когда 49 В-29 из 58-го Бомбардировочного крыла снова атаковала Мукден. Один из них был успешно таранен Ki-27 2-го лейтенанта Тахеи Мацумото, в то время, как самолет 2-го лейтенанта Наруо Нишихара, пытавшегося повторить такую атаку, был сбит огнем американских стрелков. Оба пилота погибли.

Ещё одним потенциальным пользователем Ki-27 были ВВС марионеточного Реформационного Правительства Китая, которое было организовано японцами в Нанкине. Однако, эта идея не получила развития.

По крайней мере, один Ki-27 в летном состоянии попал в руки гоминдановцев во время боев в Китае. Самолет был тщательно изучен китайцами и, возможно, американцами из AVG, и прошел летные испытания. Есть фотографии этого Ki-27 в цветах Гоминьдана: он получил новый камуфляж и китайские опознавательные знаки и даже китайские позывные Р-5015. В ходе боев за Халхин-Гол в 1939 году Советы захватили поврежденный Ki-27 и отремонтировали его. На поезде он был доставлен в НИИ ВВС в Чкаловский, где его облетал летчик-испытатель Алексей Ку-бышкин. В августе 1939 года проводились учебные воздушные бои с истребителем Поликарпова И-153 (по другим данным - с И-15 бис). Ki-27 на сей раз пилотировал Михаил Вахрушев. К сожалению, эти испытания закончились трагически - Ki-27 внезапно врезался в землю и взорвался, пилот погиб.

Множество Ki-79, использовавшихся японцами в учебных подразделениях на оккупированных территориях в Китае, Корее, Маньчжурии, Малайе, Индокитае, Филиппинах и голландской Ост-Индии, были брошены в летном состоянии и избежали уничтожения силами Союзников. Например, некоторое количество пригодных к эксплуатации Ki-79 было найдено индонезийцами на Яве и Суматре. Они стали первыми самолетами в сформированных в сентябре 1945 года Индонезийских Народных Силах Безопасности (IPSF), ставших ядром будущих вооруженных сил Индонезии. Ki-79 были известны под японским названием Ниши-корен и служили в Индонезии до 1949 года, в период самой ожесточенной борьбы против англичан и голландцев, пытавшихся восстановить контроль над бывшей голландской Ост-Индией. Вряд ли эти самолеты использовались тогда только как учебные. Возможно, они применялись для связи и разведки. Один двухместный Ki-79 с маленьким белым номером "01" в настоящее время является экспонатом музея в Джакарте.

Некоторые авторы указывают, что наряду с Ki-79 IPSF имели некоторое количество Ki-27. По всей видимости это мнение ошибочно - боевые Ki-27 отсутствовали в том районе задолго до конца войны. С другой стороны, Индонезия использовала много Ki-43 и других японских самолетов. Интересно, что IPSF время от времени пользовалась услугами японских пилотов, которые по разным причинам остались в Индонезии.

В августе-сентябре 1945 года, когда Советская Армия захватила Маньчжурию, ей в виде трофеев, видимо, досталось множество Ki-79 на заводском аэродроме в Харбине и в летных школах. Часть этих самолетов досталась коммунистам Мао Цзе-Дуна, которые использовали их в ВВС Красной Армии Китая (RACAF) для подготовки пилотов будущей "народной" армии. В июле 1946 года были сформированы чан-нкайшистские ВВС Народной Освободительной Армии (PLAAF) и, как и в Индонезии, Ki-79 стали первыми их самолетами. Некоторые из них несли службу до начала 50-х годов.