Этот самолет имел обозначение "тяжелый бомбардировщик армейский тип 97 модель 1А" или Ки-21. Он обозначил водораздел в развитии авиации Японии и внес больше, чем любой другой самолет в становлении ее качественного паритета с военно-воздушными силами ведущих западных стран. Вместе с превосходной аэродинамикой и конструкцией самолет имел и недостатки - общие с такими же бомбардировщиками других стран. Это была прежде всего слабость оборонительного вооружение. Отсутствовало бронирование экипажа, протектирование баков. Боевая нагрузка была незначительной. Но зато он был быстрее любого другого бомбардировщика такого же класса и имел большую дальность полета. И все это за три года до начала войны на Тихом океане, до которой считалось, что японские боевые самолеты представляли собой только копии западных машин!
Ки-21 был двухмоторным цельнометаллическим свободнонесущим монопланом полумонококовой конструкции с работающей обшивкой. Самолет был создан в ответ на требования воздушного штаба к авиационной промышленности от 15 февраля 1936 г. Эти требования были чрезвычайно высокими -от авиационной промышленности требовалось создание нескольких самолетов, отвечающих международным стандартам. Верховное командование придерживалось в то время принципа "теоретического врага" - Советского Союза. В результате эти требования относились и к бомбардировщику, способному наносить удары по отдаленным объектам на территории Советского Союза с японских баз в Маньчжурии. Рост советской военной мощи на Дальнем Востоке рассматривался как прямая угроза Японии, а СССР - принципиальным "потенциальным противником". С укреплением советской авиации и с расширением японской агрессии на Дальнем Востоке становилась очевидной неспособность японской армейской авиации удержать превосходство в воздухе и обеспечить наступательные операции в глубь территории "противника". Решению этой проблемы уделялось большое внимание, а новый бомбардировщик рассматривался как необходимое условие.
Спецификации определяли максимальную скорость в 400 км/ч на высоте 3000 м, которую самолет должен был набирать с полной нагрузкой за 8 минут. Продолжительность полета при скорости в 300 км/ч определялась в 5 часов. Взлетная дистанция должна была быть 300 м. Экипаж определялся в четыре человека, а оборонительное вооружение составляли три 7,7-мм пулемета на подвижных установках. Бомбовая нагрузка должна была бы быть 750 кг, а при уменьшенной дальности полета - 1000 кг.
Обуславливалась возможность установки двигателей Накадзимы Ха-5 мощностью в 850 л. с. или Мицубиси Ха-6 в 825 л. с. - оба 14-цилиндровые "звезды" воздушного охлаждения. Специально оговаривалась возможность эксплуатировать самолет при низких температурах в условиях Сибири.
В конкурсе также участвовали фирмы Накадзима и Кавасаки, которые предложили Ки-19 и Ки-22 соответственно. Воздушный штаб сразу отклонил вариант Кавасаки, а фирмам Мицубиси и Накадзима были заказаны прототипы для конкурсных испытаний. К проектированию Ки-21 были привлечены два самых опытных инженера фирмы Кюнодзо Озава и Наката. Проект имел наивысший приоритет, и работа на заводе N 5 в Нагое продвигалась очень быстро.
Ки-21 получился элегантным среднепланом с двигателями Ха-6 "Кинсей" (Золотая звезда) с трехлопостными винтами изменяемого шага "Гамильтон Стандарт". Трехлонжеронное крыло имело работающую обшивку из легкого сплава и было разделено на три секции. Элероны были из легкого сплава с тканевой обшивкой. Гидравлически выпускаемые закрылки - цельнометаллические. Фюзеляж-полумонокок с работающей обшивкой имел овальное сечение. Бомбоотсек размещался под лонжеронами центроплана, а над ними размещались два бензобака, сдвинутые к левому борту (справа был проход в хвостовую часть). Оперение имело металлическую конструкцию с полотняной обшивкой. Первый и второй пилот-штурман располагались рядом, бомбардир имел место в носовой части, стрелок-радист - в хвосте. Оборонительное вооружение составляли три 7,7-мм пулемета Тип-89. Один был в носовой башне с углами обстрела только в вертикальной плоскости, второй был в задней башне, а третий в нижнем люке. Шасси убирались и выпускались гидравлически.
Первый опытный Ки-21 полетел 18 декабря 1936 г - через 10 месяцев после получения заказа. Второй самолет был закончен в течение того же месяца. Последний отличался удлиненной "беседкой" стрелка вместо полусферической башни, так как продувка в аэродинамической трубе показывала большее воздушное сопротивление последней. После заводских испытаний в марте 1937 г оба самолета были переведены на авиабазу ВВС в Тачикаве для проведения конкурсных испытаний с двумя самолетами Накадзимы Ки-19.
Внешне Ки-19 был очень похож на конкурента и имел те же размеры, но на нем были установлены двигатели Ха-5 (Святая звезда). Соревнования продолжались в течение апреля - мая и закончились в июне испытаниями на бомбометание в Хамамацу. Оба конкурсанта показали близкие результаты. Ки-19 показал лучшую точность бомбометания и хорошую управляемость. Зато Ки-21 имел меньшую нагрузку на крыло и лучшие летные характеристики.
Согласия о победителе конкурса не было, хотя большинство склонялись в пользу бомбардировщика Мицубиси. Тогда армейские испытатели предложили продолжить конкурс с участием модернизированных прототипов, которые фирмы должны были представить с изменениями в конструкции, учтя накопленный опыт. Кроме того, предполагалась смена двигателей - на Ки- 21 ставились Ха-5, а на Ки-19 - Ха-6. Конструкторы
Мицубиси Озава и Наката внесли еще некоторые изменения в конструкцию бомбардировщика. Так испытатели указали на большее удобство удлиненной, остекленной носовой части с шаровой пулеметной установкой на Ки-19. В результате массивная носовая башня на Ки-21 была заменена на носовую часть по образцу бомбардировщика Накадзимы. Верхняя пулеметная "беседка" была продолжена вперед. Уступ в нижней части фюзеляжа был устранен, оперение было незначительно изменено. В результате удовлетворительной стала устойчивость бомбардировщика, особенно в момент сброса бомб.
Когда испытания в Тачикаве вновь продолжились осенью 1937 г, обновленный Ки-21 показал полное превосходство над своим конкурентом. В ноябре 1937 г армия передала контракт фирме Мицубиси. Самолет получил обозначение "тип 97" - "тяжелый бомбардировщик армейский тип 97 модель 1А" (Ки-21-Ia). Кроме двух прототипов Ки-21 с двигателями Ха-5 для повторных испытаний на 5-м авиационном заводе были заложены еще 4 предсерийных самолета. Так высока была уверенность фирмы в получении контракта! Эти самолеты довольно быстро поступили на испытания оборудования и вооружения. Первый из них, поставленный еще до конца 1937 г, использовался для испытания оборонительного вооружения. В частности, проводились испытания вновь установленного "жала" - кинжальной, дистанционно управляемой установки под 7,7-мм пулемет в хвостовой части фюзеляжа. Были установлены и боковые пулеметы. Этот вариант вооружения был использован на более поздних сериях бомбардировщика.
Первые серийные Ки-21-Ia внешне не отличались от третьего прототипа. В качестве силовой установки были выбраны двигатели Ха-5 - "армейский тип 97" мощностью в 950 л. с. при 2400 оборотах у земли и 1080 л. с. на высоте 4000 м. Запас топлива был увеличен с 1840 л до 2635 л. Оборонительное вооружение состояло из трех 7,7-мм пулеметов. Таким был самолет, с помощью которого императорская армия пыталась изменить баланс сил на Дальнем Востоке.
"Японо-китайский инцидент" развился в полномасштабную войну, в которой основную тяжесть борьбы за превосходство в воздухе несла авиация флота. Как следствие были предприняты все попытки, чтобы ускорить поставки Ки-21 в армейские ВВС. Дополнительно был заключен контракт с Мицубиси на выпуск Ки-21 по лицензии на заводе в Оте. Поставки самолетов начались с завидной оперативностью - из Нагои уже весной 1938 г, а из Оты в августе того же года. Тогда же началось и формирование первого хико сентая №60, вооруженного новыми бомбардировщиками. Соединение вскоре было направлено в Китай.