W związku z tym lotnictwo armii zamówiło w wytwórni Nakajima pierwszą serię 10 samolotów oznaczoną jako Nakajima Ki-27. Wyprodukowano ją w okresie czerwiec – grudzień 1937 roku i przesłano do jednostek lotniczych. Samoloty posiadały te same skrzydła, co drugi prototyp. Zmieniono wiatrochron na krótszy z celownikiem lunetowym i powiększono statecznik pionowyLeszek A. Wieliczko; "Nakajima Ki-27 (Nate); Lotnictwo 4/2016; str. 85; ISSN 1732-5323. W grudniu 1937 roku uruchomiono wielkoseryjną produkcję samolotów myśliwskich, którą oznaczono jako Nakajima Typ 97 Ki-27a. Wkrótce do napędu samolotu zaczęto używać nowych silników Nakajima Ha-1b o mocy 780 KM (574 kW) i rozpoczęto produkcję nowej wersji oznaczonej jako Nakajima Typ 97 Ki-27b.
Produkcja Produkcję rozpoczętą w styczniu 1938 roku w zakładach nr 1 w Ōta na wschód od Tokio. Liczba stworzonych samolotów w ciągu roku wyniosła 242, natomiast już w 1939 aż 453 sztuki, w 1940 – 590, w 1941 – 44 sztuki. Zdołano jeszcze wyprodukować od listopada do grudnia 1942 roku – 289 egzemplarzy. Łącząc w całość powstało 2019 samolotów Ki-27. Samoloty oznaczone były numerami od 113 i od 5001. W trakcie produkcji jedyną zmiana było wymiana osłony kabiny na całkowicie przeszkloną. W lipcu i sierpniu 1940 roku zbudowano ponadto dwa prototypy doświadczalne oznaczone jako Nakajima Ki-27KA1.