Ponieważ zakłady Kawasaki były zajęte głównie pracami nad Ki-45, budowa czterech prototypów przeciągnęła się do lipca 1939 roku. Próby tych samolotów przebiegały bez większych problemów. Jednocześnie okazało się, że charakterystyki samolotu są dość dobre, zaszła jedynie konieczność wzmocnienia sztywności belki ogonowej i podwyższenia usterzenia o 400 mm. Zmiany te wprowadzono w pięciu egzemplarzach przed seryjnych. Po zakończeniu prób samolot Ki-48 został skierowany do produkcji seryjnej pod oznaczeniem Ki-48-I, którą rozpoczęto pod koniec 1939 roku. W późniejszych seriach wprowadzono drobne modyfikację i ulepszono stanowiska strzeleckie. Łącznie do czerwca 1942 roku zbudowano 557 maszyn w obu wariantach.
Prędkość maksymalna pierwszej wersji seryjnej wynosiła 480 km/h na pułapie 3500 m. Następna wersja seryjna, Ki-48-II, została skonstruowana po wyciągnięciu wniosków z użycia tego samolotu na froncie. Przede wszystkim wprowadzono płyty pancerne o grubości 6,5; 12,5;