Запас топлива на серийных Ki 21-la увеличили, что было очень кстати — война в Китае, куда они шли прямо с завода, отличалась большим размахом действий и дефицитом аэродромов. Всего построили 143 самолета первой модификации, которую в августе 1939 года сменил Ki 21-Ib с усиленным вооружением. На базовом варианте в носовой, верхней «оранжерейного типа» и нижней люковой установках было по одному 7,92-мм пулемету, к ним добавили еще один такой же пулемет на два бортовых окна (перекидной) и один в хвостовом коке, управляемый стрелком из «оранжереи» посредством механической системы. Он простреливал сектор, закрытый оперением. Хотя бомбовая нагрузка так и не превысила тонны, в увеличенном отсеке можно было подвешивать удлиненные бомбы новых типов в большем числе комбинаций. Еще одно важное новшество — часть баков получили самозатягивающийся слой-протектор. Для сохранения управляемости (изменилась центровка) пришлось увеличить оперение, но и с ним бомбардировщик потерял в маневре. Ki 21-Ib было сдано 120, далее пошел Ki 21-Ic, на котором установили второй бортовой пулемет, а в бомбоотсеке обеспечили подвеску 500-литрового бака вместо части бомб, при этом 4 бомбы по 50 кг можно было дополнительно подвесить под крыло. До декабря 1940 года фирма «Мицубиси» построила 160 таких самолетов. Но авиационное отделение этого японского индустриального гиганта уже работало на пределе своих возможностей, и лицензионный выпуск Ki 21-la в августе 1938 года был развернут на фирме «Накадзима». До февраля 1941 года эта фирма сдала еще 351 Ki 21 всех вариантов.
Mitsubishi G4M
Mitsubishi Ki 21
Боевое крещение японской бомбардировочной авиации, и армейской, и морской, состоялось во второй японо-китайской войне. Начавшись 7 июля 1937 года как инцидент местного значения, она захватила огромные территории, где обеим сторонам потребовались дальние бомбардировщики.
Но на фронте пока была всего одна авиагруппа морской авиации: 18 G3M-1 с авиабазы Каной были переброшены на Формозу (Тайвань). Их первой акцией стала бомбардировка городов Ханькоу и Кванджу в середине месяца — впервые в мировой практике атака выполнялась со стороны моря, причем над водами Тихого океана пролегали около 2000 км маршрута. Несмотря на плохую погоду и малочисленность ударной группы операция вызвала широкий резонанс, и на следующий день 24 G3M-1 с аэродрома Кисарадзу (о. Кюсю, префектура Нагасаки) бомбардировали Шанхай и Нанкин, город, в котором тогда находилось правительство Чан Кайши. Вскоре кокутай из Кисарадзу перелетел на континент, туда же были направлены 13-й кокутай G3M-1 на 8-и устаревших G2H-1 из резервной авиагруппы морской авиации, дислоцированной в Кисарадзу. Это было все, что смогли собрать. Армия же послать на фронт дальние бомбардировщики смогла лишь осенью 1937 года, когда на континент прибыли первые Фиат BR. 20 из 12-го сентай.
На помощь Китаю СССР и США направили современные самолеты и летчиков-добровольцев. Этот фактор поставил японских агрессоров в очень трудное положение — они не ожидали появления у китайцев авиации вообще. 12-й сентай армейской авиации к началу 1939 года потерял почти все свои самолеты и был выведен на переформирование. Несмотря на неважные дела на китайском фронте, амбиции самураев росли, и 28 июля 1938 года Япония решилась на войну еще и с СССР.
Однако плохая погода, стоявшая в то лето в районе дальневосточного озера Хасан, лишила японские войска воздушной поддержки, 11 августа бои закончились их поражением, но отрезвление не наступило. Следующей весной Императорская армия сосредоточила свои силы на другом направлении, на Номонханском плато у реки Халхин-Гол. Де-юре это была граница государства Маньчжоу-Го, выделившегося из состава Китая, и Монголии, а фактически линия противостояния Японии и СССР.
Погода благоприятствовала, и авиация с первого дня войны 11 мая 1939 года действовала весьма активно, но для решения всех задач легких бомбардировщиков Ki 30 не хватало, и японцы сформировали сводную бомбардировочную группу— по 12 BR. 20 и Ki 21 были сняты с китайского фронта. В первый боевой вылет на большой советский аэродром Тамцак-Булак 27 июня 1939 года под прикрытием 70-ти истребителей Ki 27 ушли 23 бомбардировщика. Налет закончился фиаско — разбомбить аэродром не удалось, два бомбардировщика были сбиты, а у одного Ki 21 отказал мотор, он совершил вынужденную посадку и практически невредимым достался противнику.