Армейские пилоты впервые столкнулись с Ki-27 в конце 1937 года в Армейской летной школе в Акено (Акено Рикагун Хико Гата). Несколько предсерийных Ki-27 и первых серийных Ю-27а были переданы туда, чтобы опытные инструкторы могли ознакомиться с новой машиной, разработать тактику её применения и подготовить инструкции пилотам.
В ночь с 7 на 8 июля 1937 года на Мосту Марко Поло, приблизительно в 30 км к западу от Пекина, произошла перестрелка между японскими и китайскими войсками, которая привела к японскому вторжению и началу новой фазы японско-китайского конфликта (японцы использовали для этого эвфемизм "китайский инцидент"). Ухудшение военной ситуации в начале 1938 года заставило Коку Хомбу принять решение о скорейшей проверке нового истребителя в боевых условиях. Хотя ни одно подразделение ВВС японской армии в то время не было вооружено Ki-27, три (по другим данным -четыре) серийных истребителя Ю-27а были доставлены в Китай, где 3 апреля поступили в распоряжение базировавшеюся в Юн-чжене 4-го Чутая 2-го Хико Дантая, которым командовал майор Тамия Тераниши. Менее чем через неделю, 9 апреля, после нескольких ознакомительных полетов, Ki-27 выполнили свой первый боевой вылет в небе Китая, но противника они не встретили.
Боевое крещение Ki-27 состоялось на следующий день, когда все три самолета и двенадцать бипланов Ki-10 атаковали три группы китайских истребителей общей численностью свыше тридцати машин над Гиду в провинции Шаньси. Пилоты 2-го Чутая заявили об уничтожении восьми китайских машин, в то время как 1-й Чутай уничтожил ещё шесть (некоторые авторы называют цифру 24 сбитых китайских истребителя!). Летавший на Ki-27 командир 1-го Чу-тая капитан Татео Като сбил три китайских И-15 или И-152 (И-15 бис). Этот успех ещё более примечателен тем, что это был первый его вылет на Ki-27. В дальнейшем Като довел свой счет до девяти побед, став ведущим асом армейской авиации на этом этапе войны с Китаем (июль 1937 - август 1938 года). Данные о японских потерях в бою 10 апреля сильно разнятся по одним источникам IJAAF вообще не понесли потерь, лишь несколько самолетов получили повреждения (включая один Ki-27); по другим - были потеряны два самолета вместе с пилотами.
Ещё один крупный воздушный бой состоялся 20 мая 1938 года над Ланфенгом, когда Ki-27 и Ki-10 из 1-го Чутая, согласно японским данным, сбили двенадцать китайских истребителей. Но настоящая возможность для Ki-27 показать свое превосходство над противником представилась лишь год спустя после его дебюта.
