В ноябре 1941 года Имперский генеральный штаб решил, что дипломатия терпит неудачу и Япония должна начать войну. Стратегия предусматривала, что первый нокаутирующий удар будет нанесен по американскому Тихоокеанскому флоту, стоящему на якоре в гавани Перл-Харбор на острове Оаху, Гавайи, а также по Малайе, Гонконгу, Филиппинам, Гуаму и Уэйну. На втором этапе войны главной целью становились Сингапур и Бирма, а затем, после взятия Филиппин и Малайи, голландская Ост-Индия, богатая полезными ископаемыми, особенно сырой нефтью. Затем на очереди были Новая Гвинея, острова Бисмарка, Соломоновы острова и множество других, меньших по размерам островов, атоллов и архипелагов в центральной и северной части Тихого океана и Бенгальском заливе (Андаманские и Никобарские острова).
Для достижения этих целей были сконцентрированы огромные морские, воздушные и сухопутные силы. На первом этапе войны армейская авиация должна была участвовать в поддержке вторжения в Малайю и на Филиппины, а затем - в Сингапур и Бирму. Когда началась война на Тихом океане IJAAF состояли из 1-го и 4-го Хикоши-данов, базировавшихся на Японских островах, 3-го Хикошидана в Индокитае, 5-го Хикошидана на Формозе и 2-го Хикошида-на в Маньчжурии. 3-й Хикошидан должен был поддерживать в Малайе части 25-й Армии, которая должна была атаковать Филиппины. Кроме них в операции должны были принимать участие 21-й, 22-й и 23-й Коку Сентаи авиации флота, главной задачей которых была защита флота вторжения, защита Формозы и борьба с вражеским флотом, а так же нападение на Сингапур.
В состав 3-го Хикошидана (командир -генерал-лейтенант Мичио Сугавара) входили следующие части вооруженные Ki-27: 1-й и 11-й Сентаи в 12-м Хикодане, 77-й Сен-тай в 10-м Хикодане и 84-й Докурицу Чу-тай в 21-м Докурицу Хикотае. 1-й Сентай (командир - майор Кинширо Такеда) имел на вооружении 42 самолета и со 2 декабря базировался в Компонге, Камбоджа. 11-й Сентай (командир - майор Тадаши Окабе) имел 39 Ki-27 и с 6 декабря базировался в Кунане на острове Фукуок в Сиамском заливе. 77-й Сентай (командир - майор Хиро-ши Йошиока) с 27 Ki-27 с 6 декабря базировался в Дуонг-Донге на Фукуоке. Наконец, 84-й Докурицу Чутай (командир - майор Цунао Нагано), имевший девять Ki-27, базировался в Ханое.
Первым признаком приближения войны для пилотов 3-го Хикошидана стал приказ, изданный командиром 77-го Сентая утром 3 декабря 1941 года (по токийскому времени), который предписывал его подразделению начать патрулирование над островом Хайнань и предотвращать любые акты агрессии со стороны английских или голландских ВВС и флота. Тогда же, 4-7 декабря, самолеты 77-го Сентая занимались сопровождением конвоев с силами вторжения, которые двигались через Южно-Китайское море в сторону Малайи. 1-й, 11-й и 64-й Сентаи выполняли такие же задачи, причем пилоты первого одержали первую победу IJAAF во Второй Мировой войне. В воскресенье, 7 декабря (суббота, 6 декабря по времени Гавайев: далее даты указываются по местному времени) в 10.25 (08.45 по другим данным) пять Ki-27 1-го Чутая 1-го Сентая во главе с лейтенантом Тоширо Ми-зотани перехватили и атаковали патрульную летающую лодку Консолидейтед PBY "Каталина" из 205-й эскадрильи британских ВВС и с нескольких заходов сбили её. Эту победу записали на свой счет лейтенант Мизотани и сержант Харуо Сато.
На следующий день высадившиеся в Таиланде японские силы вторжения столкнулись со слабым сопротивлением тайских войск, несмотря на секретное соглашение, по которому Таиланд предоставлял японцам право до марта перемещать свои войска через территорию страны. Чтобы "напомнить" тайцам об этом договоре к Бангкоку была послана группа из девяти легких бомбардировщиков Ki-30 в сопровождении одиннадцати Ki-27 из 77-го Сентая. Над Арасния Пратхет японские самолеты были атакованы тройкой истребителей Кертисс "Хок" III Королевских ВВС Таиланда (RTAF, Конг Тан Аркарт Тан). Их атака была отбита и японские истребители сбили все таиландские машины без потерь со своей стороны. Победы записали на свой счет майор Йошио Хирозе, лейтенант Йоширо Кувабара и лейтенант Цугуо Коджима.
Рано утром японские отряды высадились в Сингора (Сонгхио), Таиланд, захватив местный аэродром, куда вскоре приземлились Ki-27 1-го, 11-го и 77-го Сентаев. Японцы понесли первые потери - девять истребителей потерпели аварию при посадке и на некоторое время выбыли из строя. По утверждению некоторых пилотов 11-го Сентая, им удалось сбить под Сингора два истребителя тайцев. Базировавшиеся в Сингоре Ki-27 осуществляли воздушное прикрытие высаживавшихся на юге Паттани войск.
Помимо воздушного прикрытия, небольшие группы Ki-27 и Ki-43 на протяжении всего дня атаковали аэродромы англичан в Кота-Бару, Манчанге, Гонг-Кеда, Алор Стар и Сунжей Паттани. Два Брюсте-ра "Буффало" из 21-й эскадрильи австралийских ВВС, посланные к Сингора были перехвачены шестеркой Ki-27, вероятно из 11-го Сентая. После короткого боя японцы сообщили, что им удалось уничтожить оба австралийских истребителя, но на самом деле "Буффало" благополучно возвратились на Сунжей Паттани. В результате массированных атак японцев и нерешительности британского штаба авиация Союзников на севере Малайи понесла значительные потери и была вынуждена отступить на расположенные южнее аэродромы.
Гонконг также подвергся атаке в первый день войны. Двенадцать Ki-27 из 10-го До-курицу Чутая (командир - капитан Акира Такацуки) взлетели с базы в Кантоне, чтобы подвергнуть бомбардировке и обстрелу гонконгский аэродром Каи Так. Им удалось разрушить большое число аэродромных сооружений, а также уничтожить несколько самолетов "Уайлдбист", "Уолрес", "Тьютор", "Тайгер Мос", "Кадет", пять пассажирских самолетов Кертисс Т-32 "Кондор" авиакомпании CNAC, три Юнкерса Ju 52/ 3m Eurasia Air Corporation и летающую лодку Сикорского S-42B "Гонконг Клипер" компании Панам. На протяжении последующих дней японские самолеты, включая Ki-27, практически безнаказанно атаковали позиции защитников Гонконга. Через три недели, 25 декабря 1941 года, британский гарнизон Гонконга капитулировал. В марте 1942 года 10-й Докурицу Чутай был переброшен в Ханькоу, а в мае - в Акено, Япония, где был перевооружен.
Ранним утром 9 декабря Ki-27 11-го Сентая атаковал аэродром Виктория Пойнт на Малакском полуострове - самом южном пункте Бирмы. Но британских самолетов там не было. Другие Ki-27 с Сингора сопровождали бомбардировщики, атаковавшие аэродром Мачанг, но тоже не встретили никакого противодействия со стороны англичан. Вскоре после полудня шесть бомбардировщиков Бристоль "Бленхейм" (по три из 34-й и 60-й эскадрилий британских ВВС), без сопровождения, атаковали Син-гора. Над целью они были перехвачены Ki-27 1-го Сентая и японцы сообщили об уничтожении пяти бомбардировщиков, но англичане признали потерю лишь трех машин. Несколько позже группа японских бомбардировщиков в сопровождении Ki-27 атаковала аэродром Баттеруорс. Четыре поднятых на перехват Брюстера "Буффало" из 21-й эскадрильи австралийских ВВС были сбиты Ki-27. Австралийцы сообщили, что им удалось сбить один истребитель противника. Продолжавшиеся весь день атаки нанесли серьезный урон базе Баттеруорс. Союзники потеряли несколько самолетов на земле и были вынуждены перебросить оставшиеся машины в Иноу, Тайнин и даже Сингапур. В конце второго дня войны английские и австралийские ВВС в Малайе фактически прекратили свое существование, потеряв более половины первоначального состава.
Следующий крупный воздушный бой с участием Ki-27 состоялся в субботу, 13 декабря. Пять "Буффало" 453-й эскадрильи австралийских ВВС приземлились в Батте-руорс (они прибыли из Иноу). Но им тут же пришлось подняться на перехват группы из 25-30 Ki-27 из 1-го и 11-го Сентаев. После нескольких схваток над Баттеруорсом и близлежащим островом Пинанг австралийцы заявили, что им удалось сбить несколько японских машин ценой потери трех "Буффало", а два уцелевших истребителя приземлились в Иноу с серьезными повреждениями. По японским данным, 12-й Хикодан (включая Ki-27 1-го и 11-го Сентаев) за период с 10 по 14 декабря уничтожили на земле 28 вражеских самолетов, при собственных потерях в три сбитых самолета и один поврежденный. С начала кампании в Малайе до 14 декабря по различным причинам было потеряно одиннадцать Ki-27.
Японским ВВС потребовалось около двух недель, чтобы захватить господство в небе Малайи. Ki-27 сыграли в этом важную, но не решающую роль. Основное бремя легло на новые Ki-43 59-го и 64-го Сентаев и на флотские А6М. Ki-27 в основном использовались для защиты флота вторжения, аэродромов и японских баз. Они также атаковали позиции противника и занимались сопровождением бомбардировщиков. Остатки воздушных сил Союзников отошли к Сингапуру, где они с тревогой ожидали новых японских ударов.
Во второй половине декабря 1941 года 77-й Сентай был переброшен из Малайи в Бирму, чтобы оказать поддержку 15-й Армии. 1-й и 11-й Сентаи продолжали вести боевую работу с аэродрома Сингора, поддерживая наступление японцев в центре и на севере Малайи. 10 января 1942 года оба вооруженных Ki-27 Сентая 12-го Хикода-на перебазировались на юг, в Куантан. В зоне их действия оказалась вся южная Малайя, включая Сингапур. Кроме того, 3-й Чутай 77-го Сентая (командир - капитан Йоширо Кувабара) 8 января 1942 года вернулся на базу в Сингоре, чтобы обеспечить прикрытие японских позиций в центральной части полуострова, включая перешеек Кра.
Впервые Ki-27 появились в небе над Сингапуром 12 января. Тем утром оба Сен-гая (как минимум 72 самолета) были посланы для зачистки воздушного пространства над крепостью. С Калланга им на перехват поднялись две группы "Буффало" из 488-й эскадрильи новозеландских ВВС из восьми и шести машин. Первая группа столкнулась с 27 Ki-27 11-го Сентая и японцы рапортовали об уничтожении десяти (!) вражеских истребителей. Фактически 488-я эскадрилья потеряла только два "Буффало", но ещё пять самолетов получили тяжелые повреждения.
Днем Сингапур снова был атакован Ki-27 1-го и 11-го Сентаев (около 70 самолетов). На этот раз они столкнулись с "Буффало" из 243-й эскадрильи британских ВВС и тремя такими же самолетами из 2-VIG-V голландских ВВС (Militaire Lucht vaart van het Koninklijke Nederlands Indisch Leger, ML-KNIL). После боя с девяткой Ki-27 голландцы доложили об уничтожении четырех самолетов противника в обмен на один свой. Англичане сообщили, что им удалось сбить, как минимум, три японских истребителя, потеряв две машины и одного пилота. В действительности, потери японцев были конечно меньше. Позже в тот же день три "Каталины" из 205-й эскадрильи Королевских ВВС взлетели из Сингапура, чтобы бомбить базу японцев в Сингоре. По пути к цели одна из летающих лодок была перехвачена и сбита Ki-27 из 3-го Чутая 77-го Сентая. Победу записал на свой счет уоррент-офицер Macao Хидешима.
15 января Ki-27 снова вступили в бой над Сингапуром. Пилоты 1-го Сентая сообщили, что ценой потери двух своих самолетов им удалось уничтожить семь из тринадцати участвовавших в схватке самолетов противника. На самом деле 488-я эскадрилья потеряла только один "Буффало", а её пилоты претендовали на одну победу. В последующие дни продолжались случайные стычки, но ни одна из сторон не добилась существенных успехов. Самый крупный бой с участием Ki-27 произошел 26 января над Эндау. 1-й и 11-й Сентаи перехватили бомбардировщики Локхид "Хадсон" и торпедоносцы "Уайлдбист" в сопровождении "Харрикейнов", которые атаковали конвой, перевозивший японские войска. Для самолетов Союзников это была резня - японцы утверждают, что им удалось уничтожить не менее 39 из 50 нападавших самолетов без потерь со своей стороны. Восемнадцать подтвержденных и две вероятных победы одержали пилоты 1-го Сентая и семнадцать подтвержденных - пилоты 2-го Чутая 11-го Сентая. Англичане утверждают, что в этом бою им удалось сбить тринадцать самолетов врага.
Японские данные говорят, что с момента начала войны до конца января 1942 года IJAAF потеряли в Малайе и Сингапуре 32 Ki-27 (включая девять в Куантане в результате английского налета 29 января). 6 января Ki-27 1-го Сентая завязали бой с "Хар-рикейнами" 232-й эскадрильи. Японцам удалось сбить два британских истребителя, но и сами они потеряли две машины. Несколько дней спустя остатки авиации Союзников были эвакуированы из Сингапура на острова голландской Ост-Индии, а 15 февраля Сингапур капитулировал. Союзники сообщали, что к этому моменту они уничтожили 183 японских самолета, заплатив за это потерей 122 "Буффало", 45 "Харрикей-нов" и, по крайней мере, парой дюжин других машин. Японцы, в свою очередь, претендуют на уничтожение 390 британских самолетов при собственных потерях в 92 машины. Но реальные потери скорее всего были выше - 3-й Хикошидан потерял с начала войны по разным причинам 331 самолет и около 500 человек летного состава.
После завершения малайской кампании 1-й и 11-й Сентаи занимались патрулированием и осуществляли воздушное прикрытие конвоев, перевозивших японские войска на Яву. В феврале и марте 1942 года оба Сентая базировались на юге Суматры, а затем были переброшены в Туон-гоу в Бирме (отдельный Чутай 11 -го Сентая действовал с аэродрома Полембанг на Суматре с марта по июнь 1942 года). За этот период столкновений с самолетами противника не было.
