Отличные характеристики опытного морского разведчика Мицубиси 8-Си показали возможность создания дальнего берегового бомбардировщика, способного поддерживать флот вдали от его баз. На основе этого опыта морской штаб выдал Мицубиси задание переделать опытный Ка-9 в бомбардировщик на основе спецификаций 9-Си. Характеристики задавались на уровне Ка-9, а вооружение должно было состоять из трех 7,7-мм пулеметов на подвижных установках и 800-кг торпеды или бомб.

Самолет, получивший внутрифирменное обозначение Ка-15, проектировался группой под руководством Киро Хоне. В целом самолет напоминал своего предшественника - Ка-9. Так, конструкция крыла практически не изменилась, но гофрированная обшивка на Ка-9 была заменена гладкой, работающий обшивкой. Фюзеляж был слегка расширен, в нем были установлены две убираемые верхние башни и одна нижняя, каждая с одним 7,7-мм пулеметом "тип 92". Ширина фюзеляжа осталась минимальной, из-за чего самолет не имел бомбоотсека - вся боевая нагрузка располагалась на внешних держателях. Кроме того, самолет получил большее по площади оперение и новые стойки шасси - они стали проще, но прочнее. Как и Ка-9, первый опытный Ка-15 был оснащен парой двигателей жидкостного охлаждения "Хиро тип 91", правда, с увеличенной до 750 л.с. взлетной мощностью. В июле 1935 г самолет был выпущен заводом Мицубиси в Нагое и переведен на аэродром Кагамигахара, откуда его и поднял в первый полет пилот-испытатель Еситака Каяма вместе с лейтенантом Сада из имперского флота.

Первые результаты испытаний подтвердили самые радужные надежды морского штаба. Вера в самолет была такова, что уже в течение последующего года Мицубиси поставила 21 опытный и предсерийный самолет, получивший официальное обозначение G3M1. Второй, четвертый и шестой G3M1 получили те же двигатели "Хиро", что и первый самолет, а остальные опытные машины - 14-цилиндровые двигатели воздушного охлаждения Мицубиси "Кинсей". Третий, с седьмого по десятый и с двенадцатого по двадцать первый самолеты были оснащены парой двигателей "Кинсей"-2 мощностью 830 л.с. и с винтами MW 126 фиксированного шага, а четвертый и одиннадцатый G3M1 получили двигатели "Кинсей"-3 мощностью 910 л.с. с металлическими винтами изменяемого шага CS-16. Благодаря установки более мощных двигателей, скорость самолета поднялась с 315 км/ч для варианта с "Хиро" до 345 км/ч с двигателями "Кенсей"-3.

Первые шесть G3M1 получили "глухую" носовую часть с иллюминатором для бомбоприцела под кабиной ближе к правому борту, а седьмой и последующие имели возвышающийся уступом фонарь кабины пилотов, а штурман-бомбардир располагался в носовой части под "парником" удлиненного фонаря. Правда, на серийных самолетах вновь вернулись к глухой носовой части, но измененная кабина пилотов осталась.

В течение года после своего первого полета самолет успешно прошел испытания на снятие летных характеристик и управляемость, а 12 предсерийных машин поступили в авиакорпус "Татояма" для войсковых испытаний. Отзывы были только благоприятными, и имперский флот решил заказать серийное производство самолета под обозначением "бомбардировщик морской тип 96 модель 11". Самолет пошел в серию с двигателями "Кинсей"-3, "глухой" носовой частью и переделанным фонарем кабины пилотов. Правда, успели выпустить только 34 таких самолета - подоспели более мощные двигатели.

Следующей серийной версией самолета стал "бомбардировщик морской тип 96 модель 21" (G3M2) с двигателями "Кинсей"-41 или -42 мощностью 1075 л.с. и с некоторыми изменениями в конструкции. На этой модели ставились новые верхние башни, хотя были машины и по старому образцу.

Летные характеристики опять же улучшились, а вскоре для G3M2 нашлась и "работа" - вспыхнул "китае-японский конфликт". Уже через неделю после начала боевых действий авиакорпуса "Каноя" и "Кисаразу" приступили к налетам вглубь китайской территории с баз на Кюсю и Формозе. До конца года выявилось достоинство большой дальности полета G3M2 - самолет, созданный для поддержки флота вдали от баз, оказался единственным японским бомбардировщиком, способным наносить удары по стратегическим целям в глубине территории Китая. К лету число G3M2, задействованных в боях над Китаем, достигло своего пика - 130 машин. Но, действуя за пределами дальности полета своих истребителей, G3M2 несли тяжелые потери, так как их баки были непротектированы, а вооружение - явно недостаточным.

Мицубиси было предложено усилить вооружение самолета, хотя даже морскому штабу было ясно, что при столь узком фюзеляже это вряд ли возможно. В результате имперский флот в сентябре 1937 г направил на Мицубиси требования 12-Си на новый средний бомбардировщик под два двигателя мощностью 1000 л.с. В задании определялось более мощное вооружение, чем у G3M2, скорость до 400 км/ч на высоте 3000 м, максимальная дальность полета без бомб - 4750 км, с 800-кг торпедой - 3650 км.

Задача для сравнительно небольшого коллектива Киро Хоне была неподъемной, так как они еще отвечали за модернизацию предыдущей модели. В результате было решено отдать приоритет модернизации G3M2. На самолет была установлена большая башня с 20-мм пушкой "тип 99 модель 1", а нижняя башня - в выпущенном состоянии резко увеличивающая воздушное сопротивление машины - была заменена двумя боковыми блистерами с 7,7-мм пулеметами "тип 92", стоявшими сразу за задней кромкой крыла. Передняя же убираемая башня с 7,7-мм пулеметом была сохранена. Под новое вооружение был доработан один самолет G3M2 "модель 21", и его испытания позволили запустить в серию, начиная с 399-го самолета, новую модификацию "бомбардировщик морской тип 96 модель 22" (краткое обозначение самолета G3M2b широко использовалось, но не было официальным). В серии на G3M2 левый блистер был сдвинут назад, чтобы бортовые стрелки не мешали друг другу, а из боковых окон кабины штурмана можно было использовать четвертый 7,7-мм пулемет. Другие изменения, внесенные в новую модель, касались в основном вспомогательного оборудования, а внешне изменился контур хвоста из-за исключения уступа в нижней части под выдвигающуюся башню. Самолет также, как и "модель 21", оснащался двигателями "Кинсей"-45 мощностью 1075 л.с.

Пока решался вопрос, что делать из нового G4M1 - бомбардировщик или истребитель, Мицубиси продолжала производство "типа 96 модель 22". Но по мере разворачивания выпуска G6M1 и возрастания вероятности запуска в серию G4M1, Мицубиси получила указание передать производство G3M2 "модель 22" на Накадзиму, которая должна была стать единственным производителем самолетов этого типа. В результате Мицубиси поставила свой-последний G3M2 в феврале 1941 г. Всего фирма выпустила 636 самолетов, включая 21 опытный Ка-15, 34 G3M1 "модель 11", 343 G3M2 "модель 21" и 238 G3M2 "модель 22". В апреле того же года Накадзима поставила свой первый G3M2 "модель 22", который выпускался в течение нескольких месяцев, пока его не сменил G3M3 "модель 23". Последний самолет был самым быстрым и с наибольшей дальностью среди машин серии. Он отличался установкой 1300- сильных двигателей Мицубиси "Кинсей"-51 и увеличенной емкостью баков - с 3694 до 5182 л. Поставки этой модели продолжались до февраля 1943 г, когда Накадзима выпустила последний G3M.

Небольшое число устаревших G3M1 было переделано в транспортные G3Mld или G3M1-L, a G3M1 и G3M2 переделывались в гражданские пассажирские самолеты для использования на авиалиниях компании "Великая Япония", а также в рекордные самолеты. Наиболее известным из них стал 328-й G3M "модель 21", который под регистрацией J-BACI и с собственным именем "Япония" облетел вокруг мира в конце лета-начале осени 1939 г, покрыв за 194 летных часа 60000 км. Однако наиболее распространенными транспортными вариантами самолета стали L3Y1 и L3Y2 разработки первого технического военно-морского арсенала в Йокосуке и производимых на первом морском арсенале в Касумигауре. L3Y1 переделывались из бомбардировщиков с двигателями "Кинсей"-3, a L3Y2 из варианта с двигателями "Кинсей"-45. Оба самолета получали по каждому борту ряд иллюминаторов и входную дверь слева, которая могла использоваться для выброски парашютистов. После первых встреч с ними союзники по ошибке определили их как Мицубиси Ки-33 "транспортный самолет тип 96".