Do sierpnia 1941 samolot budowano w firmie macierzystej. W 1942 roku produkcję wznowiono w 11. Arsenale Lotniczym Marynarki Wojennej (Dai-Juichi Kaigun Kokusho) w Hiro koło Kure oraz w zakładach Aichi Tokei Denki K.K., gdzie produkowano je do 1944 roku. Wielkość produkcji nie została ustalona z pewnością, łącznie zbudowano według różnych źródeł 1149 (dane amerykańskie), 1250 (dane japońskie) lub 1350 (wyliczenia J. Longa) egzemplarzy tego samolotu. 30 sztuk przebudowano na szkolny dwuster B5N1-K. W zakładach Nakajima wyprodukowano 669 samolotów (według innych danych 669 lub 870).
Od 1943 roku B5N były stopniowo zastępowane przez nowsze Nakajima B6N, po raz ostatnio zostały użyte bojowo jako bombowce pokładowe podczas bitwy na Morzu Filipińskim w czerwcu 1944, gdzie już znacznie ustępowały konstrukcjom alianckim. Do końca wojny maszyny tego typu służyły w szkołach lotniczych oraz przebudowane na samoloty patrolowe wyposażone w radar do wykrywania wynurzonych okrętów podwodnych. Wykorzystywano je również pod koniec wojny do ataków kamikaze.