Samolot był uzbrojony w pojedynczy karabin maszynowy kalibru 7,7 mm w osłonie silnika i pojedynczy ruchomy karabin maszynowy 7,7 mm, obsługiwany przez obserwatora dodatkowo mógł przenosić do dziesięciu bomb 15- lub 12,5-kilogramowych.
Służba Samoloty brały udział w wojnie japońsko-chińskiej, gdzie były używane zarówno jako samoloty towarzyszące jak i w roli lekkich samolot bliskiego wspomagania (szturmowych). Szczególnie w tej drugiej roli samoloty te znakomicie się sprawdziły w znacznym stopniu przyczyniając się do demoralizacji chińskich oddziałów. Szczególnie istotną charakterystyką samolotu była jego zdolność startu i lądowania z niewielkich, prymitywnych pasów startowych oraz bardzo krótki start, do którego samolot potrzebował zaledwie 230 metrów.
Samoloty te były też używane w początkowym okresie wojny na Pacyfiku, ale z powodu dużych strat zadawanych im przez alianckie myśliwce zostały ponownie wycofane do Chin, gdzie miały znacznie mniejsze szanse napotkania nieprzyjacielskich myśliwców. Część wyprodukowanych Ki-55 została przekazana lotnictwu Tajlandii.