Многие Ki-27 того периода несли персональные эмблемы пилотов в виде иероглифов кана на руле, обычно это была первая буква имени или фамилии летчика. Некоторые самолеты несли дарственные надписи (называемые айкоку), наносившиеся иероглифами канджи на фюзеляже перед горизонтальным оперением. Обычно они были черного цвета и читались "Айкоку XXX (YYY)", где XXX — порядковый номер арабскими цифрами, a YYY — имя дарителя.
В ходе войны в Китае в конце 30-х годов действовавшие там самолеты получили камуфляж на верхней поверхности фюзеляжа, крыле и горизонтальном оперении. Иногда камуфляж наносился только на крыло и верхнюю поверхность горизонтального оперения, в то время, как фюзеляж и вертикальное оперение оставались в заводской окраске. Эта схема, известная в литературе под названием "китайский камуфляж", состояла из больших нерегулярных пятен двух, трех и даже четырех цветов. Обычно использовались различные комбинации зеленого (например, темно-зеленый и оливково-зеленый) и коричневого (темно-коричневый, охра) цветов, иногда оставались незакрашенные места в заводской окраске. Камуфляж наносился в полевых условиях, так что единой схемы не существовало, хотя было несколько попыток стандартизации.
"Китайский камуфляж" использовался в основном на больших и тихоходных самолетах (таких, как бомбардировщики и разведчики), но его несли и некоторые Ki-27. На части самолетов он сохранялся и на первом этапе Второй Мировой войны (в Индокитае, Малайе, Бирме и на Филиппинах)
В конце 30-х годов все боевые самолеты IJAAF, действовавшие в "районах конфликтов" (тогда это означало Китай и Маньчжурию), включая Ki-27, получили узкую полосу в хвостовой части фюзеляжа, перед хвостовым оперением. В литературе это известно как "боевая полоса" или "боевая маркировка" (японское "сенши хйосики"). Поскольку бои тогда велись только в Китае, эта полоса стала своего рода "маркировкой театра боевых действий", она служила для быстрой идентификации своих самолетов. Введение полосы по времени совпало с отказом от нанесения знаков национальной принадлежности на фюзеляж, но неизвестно, связаны ли между собой эти факты. Белая полоса использовалась ещё в 1942 году, а на некоторых самолетах она возможно сохранилась до конца войны В 1942 году восстановили нанесение знаков Хиномару на фюзеляж самолетов IJAAF, хотя выпущенные прежде самолеты это не очень затронуло — самолеты со знаком национальной принадлежности только на крыле можно было увидеть и в 1944 году. Знаки наносились на фюзеляж между кабиной и хвостом, ближе к последнему. На камуфлированных самолетах Хиномару мог быть обведен белым цветом, но это не было правилом.
С середины 1942 года, после апрельского налета В-25 на Японские острова, истребители частей местной ПВО (Хондо Боей Бутай) стали нести Хиномару на фоне широких белых кругов на фюзеляже и крыле, что стало характерным отличием этих частей. В тоже время ввели окраску передней кромки крыла в красный цвет (от корня, по направлению к законцовкам). Первыми подразделениями, получившими такую окраску (известную как "маркировка защиты дома"), стали 244-й и 246-й Сентаи. После того, как красный цвет через некоторое время заменили желтым, такая окраска стала обязательной для всех самолетов IJAAF.
Учебные Ki-79 были первоначально окрашены по стандартной для всех японских учебных самолетов схеме — целиком в темно-желтый (желто-оранжевый) цвет. Иногда верхняя часть фюзеляжа перед и вокруг кабины (а зачастую капот целиком) окрашивалась в черный или темно-зеленый цвет, чтобы избежать появления бликов. Позже, когда даже тыловые аэродромы японцев стали целями воздушных налетов авиации Союзников, верхние поверхности стали красить в темно-зеленый цвет, оставив желтый только на нижних. К концу войны желтый цвет стали заменять светлым серо-зеленым или вообще оставлять нижние поверхности неокрашенными.
Чтобы предотвратить появление коррозии, интерьер кабины и внутренняя конструкция самолета покрывалась защитным лаком, обычно прозрачным, но иногда он имел зеленоватый или сине-зеленый оттенок. Панель приборов обычно красилась в те же цвета, что и кабина, но могла быть черной, хаки, зеленой, серой или темно сине-зеленой. Начиная с 1944 года внутренние поверхности, включая кабину, перестали окрашивать.
Первоначально лопасти винта оставляли цвета полированного металла с предупредительными коричнево-красными полосами на концах. С тыльной стороны лопасти красились в матовый черный цвет, позднее стали использовать коричневый и красно-коричневый (чайный) цвета. В 1942 году последний оттенок стал чаще всего применяться для этих целей. Тогда же начали красить лицевую часть лопастей, а предупредительные полосы уже желтого цвета стали наноситься также с тыльной стороны лопастей. Исключение составляли самолеты 244-го (вероятно и 246-го) Сентая, винты которых одно время были окрашены в красный цвет с обеих сторон.
Сверху в корневой части левого крыла был накрашен так называемый "проход". Заводская окраска дополнялась табличкой с паспортными данными самолета: названием модификации, датой выпуска и серийным номером. Обычно она наносилась на борт фюзеляжа перед хвостовым оперением. Присутствовала также различная "техничка" — информация. Инструкции и предупреждения, которые наносились иероглифами канджи или кана черного, белого и красного цвета. Надписи, стершиеся в процессе эксплуатации, обычно не восстанавливались.
Носовая чисть Ки-27 крупным планом. Хорошо виден маслорадиатор и храповик стартера.
Хвостовая часть Ки-27 25-го Кьоику Хикотая, 1944 год. Эмблемой подразделения было стилизованное изображение номера «25» на фоне белой трапеции.
В цветах других государств
Захваченный китайцами Ki-27 вероятно имел верхние поверхности темно-зеленого цвета и нижние — светло-серые (или был оставлен японский светлый серо-зеленый цвет). Обтекатели колес были также темно-зеленого цвета. Опознавательные знаки Гоминьдана — белая двенадцатиконечная звезда на фоне темно-синего диска — были нанесены на верхние и нижние поверхности крыла. На половине высоты киля белым цветом был нанесен позывной "Р-5015".
Ki-27, захваченный Советами в боях за Халхин-Гол, сохранил первоначальную японскую заводскую окраску на протяжении испытаний. Лишь японские опознавательные знаки заменили красными звездами (на крыльях и фюзеляже).
Ki-79, которые после войны использовались китайскими коммунистами, обычно сохраняли японскую схему окраски — либо они целиком были окрашены в желтый цвет, либо верхние поверхности и борт были темно-зелеными, а низ — желтым, или темно-зеленый верх, а низ светлый серо-зеленый или неокрашенный металл. В дальнейшем камуфляжная окраска вероятно полностью удалялась. Ki-79 ВВС Гоминьдана поначалу несли практически все ранние варианты опознавательных знаков. Они представляли собой красную пятиконечную звезду (размер и форма могли варьироваться в широких пределах) с китайским иероглифом в центре. Звезда наносилась на верхнюю и нижнюю поверхности крыла и на обе стороны хвостовой части фюзеляжа. Иногда на руль направления дополнительно наносились чередующиеся красные и белые полосы (четыре красных и три белых). В 1949 году были введены новые опознавательные знаки, которые остаются неизменными по сей день.
Все Ki-27 ВВС Маньчжоу-го были целиком окрашены в светлый серо-зеленый цвет. На некоторых экземплярах по обе стороны хвостовой части фюзеляжа были надписи иероглифами канджи черного цвета, содержащие патриотические лозунги, к примеру, "Защитник Родины… " и номер. Знаки национальной принадлежности — круглые кокарды, нижняя половина которых была желтого цвета, а верхняя состояла из горизонтальных полос красного, голубого, белого и черного (коричневого?) цветов — наносилась только на верхнюю и нижнюю поверхности крыла.