Сразу после первого полета передний редан был сдвинут назад на 50 см, чтобы улучшить поведение самолета на воде. Заводские испытания проходили очень быстро, и 25 июля 1936 г самолет был уже передан флоту. Испытания выявили, что Н6К1 полностью удовлетворяет заданию, хотя ему явно не хватает мощности моторов. Поведение на воде было на редкость хорошим, лодка была устойчива на курсе и не давала больших брызг. Оборонительное вооружение состояло из трех 7,7-мм пулеметов «тип 92» на подвижных установках в носу, в верхней башне с механическим приводом (первая такая башня на японском самолете) и в хвостовой установке. Бомбовая нагрузка могла состоять из двух 800-кг торпед или до 1000 кг бомб, подвешиваемых под подкосами крыла. В 1937 г были готовы еще две лодки, а четвертая - в начале 1938 г. Первоначально эти три лодки были оснащены четырьмя двигателями «Хикари»-2 и отличались от первого самолета увеличенным размахом элеронов, увеличенным по площади килем и новой верхней башней.
Сразу после окончания войсковых испытаний первый, третий и четвертый опытные самолеты были переоснащены на 1000-сильные двигатели Мицубиси «Кинсей»-43 - 14-цилиндровые, воздушного охлаждения. В январе 1938 г эти самолеты были приняты на вооружение японского флота под обозначением «летающая лодка морской тип 97 модель 1» (Н6К1). Одновременно был размещен заказ на серийное производство самолета под обозначением Н6К2 «модель 2» (в апреле 1940 г было дано полное обозначение «летающая лодка морской тип 97 модель 11»). Новая модель Н6К2 отличалась от предшественников только составом оборудования. Всего было выпущено 10 самолетов данной модификации. Два из них - седьмой и восьмой - были переоборудованы в транспортные самолеты, а после завершения производства всей партии были выпущены еще два чисто транспортных самолета Н6КЗ. Такие машины требовались для перевозки официальных лиц и пассажиров, но необходимость в дальнем разведчике была более настоятельной, поэтому в серию был запущен последний под обозначением Н6К4.
«Летающая лодка морской тип 97 модель 2-2» или Н6К4 стала основной серийной модификацией самолета. Запас топлива был увеличен с 7765 л до 13409 л. Башня на фюзеляже была заменена на два боковых блистера с 7,7-мм пулеметом «тип 92» в каждом, по такому же пулемету стояло в носу и верхней открытой турели, а в хвостовой части вместо пулемета была установлена 20-мм пушка «тип 99 модель 1». Самолеты Н6К4 «модели 2-3» с августа 1941 г получили двигатели «Кинсей»-46. Позже самолет переименовали в «модель 22». Всего было выпущено 127 самолетов обеих моделей. Новые лодки почти сразу пошли в дело: в 1939 г четыре «типа 97» были направлены на так называемые «арктические испытания» - кампанию демонстрации силы против Советского Союза, с которым тогда проводились переговоры о статусе Охотского моря. Вскоре после этого дюжина таких лодок была послана в южную часть Тихого океана уже для «тропической подготовки». Проводились полеты в открытом океане, заправки от морских танкеров, полеты ночью. Лодки облетели почти все атоллы Маршалловых островов. «Тренировки» включали и фотографирование британских владений на Тихом океане. Хотя эти полеты были тайными, однажды при фотографирования островов Гильберта из-за плохих погодных условий «тип 97» снизилась до 1000 м, но официального протеста со стороны англичан не последовало.
К началу войны на вооружении боевых частей находилось 66 Н6К4. Лодки из кокутай «Йокогама» должны были одновременно с налетом на Перл-Харбор бомбить острова Бейкера и Гавланд, но их командир не был уверен в том, что боевые действия начались и отложил налет до следующего дня. Несмотря на то, что самолет проектировался в первую очередь в качестве разведчика, он использовался для бомбардировок целей в голландской Ост-Индии и Рабауле. Однако, «тип 97» оказалась из-за отсутствия бронирования экипажа и протектирования баков легкой целью для истребителей союзников, поэтому для таких задач ее вскоре использовать перестали. Зато в качестве дальнего разведчика, когда вероятность встречи с истребителями противника была небольшой, самолет действовал очень успешно. На просторах Тихого океана пригодилась большая продолжительность его полета.