Серийное производство Ю-27а началось в декабре 1937 года на заводе № 1 фирмы Накадзима Хикоки Кабушики Канша в городе Ота, префектура Гумма (75 км северо-восточнее Токио). Столь быстрый старт оказался возможен благодаря тому, что На-кадзима начала подготовку к серийному производству сразу по получении заказа на предсерийные самолеты. Первые серийные Ю-27а поступили в IJAAF в марте 1938 года, и темпы выпуска скоро превысили двадцать самолетов в месяц. К концу 1938 года было построено 352 машины, а к лету 1939 года, когда производство этой модификации истребителя завершилось, армейские ВВС получили 565 Ю-27а.
Уже в начале 1938 года инженеры Накадзима приступили к проектированию усовершенствованного варианта Ki-27, который получил обозначение Армейский истребитель Тип 97 Модель В (Кьюнана-Сики Оцу-Гата Сентоки) или, коротко, Ki-27b (Ki-27 Otsu). Планер, двигатель и вооружение остались прежними, изменения коснулись только капота мотора, маслорадиатора и остекления (восстановили полностью остекленную заднюю часть фонаря, как на Ki-27.02, чтобы обеспечить круговой обзор). Последнее сделало Ki-27 первым в мире истребителем с каплевидным фонарем кабины. Под центропланом были установлены держатели, на которые могло подвешиваться до четырех легких 25-кг бомб. Вместо бомб самолет мог нести два подвесных топливных бака по 133 литра. Некоторые Ki-27b (по некоторым данным каждый четвертый) были оборудованы приемно-пере-дающей радиостанцией Тип 96 с (96 Сики Хеи), что потребовало установить по правому борту перед кабиной мачту антенны. Также некоторые машины получали вместо хвостового костыля колесо малого диаметра.
Полностью снаряженный серийный Ki-27b был тяжелее прототипа: вес пустого составлял 1110 кг, а взлетный - 1547 кг (максимальный взлетный вес с подвесными баками достигал 1790 кг). Площадь крыла осталась неизменной и нагрузка на крыло возросла до 83,35 кг/м2, что несколько ухудшило маневренность. Однако, более мощный мотор позволил улучшить летные характеристики: максимальная скорость на высоте 3500 м составляла 470 км/ч, высоту 3000 м самолет набирал за 2 минуты 59 секунд, а 5000 м - за 5 минут 22 секунды. Поскольку в ходе серийного производства Ki-27 на самолет устанавливалось только стандартное оборудование, летные характеристики истребителей оставались неизменными на всем протяжении выпуска.
Производство Ki-27b началось в 1939 году и к ноябрю 1942 года предприятие в Ота поставило 1442 самолета (130 в 1939 году, 590 в 1940 году, 443 в 1941 году и 289 в 1942 году). Еще в 1938 году, учитывая большие потребности IJAAF в новом истребителе, Накадзима рассматривала возможность продажи лицензии на производство одной из мелких японских авиастроительных фирм. Но мягкая финансовая политика, проводившаяся японским правительством в отношении авиапромышленности, которая предусматривала снижение налогов и льготное кредитование, позволила отказаться от эти планов. Тем не менее за шестьдесят дней (с декабря 1938 года по февраль 1939 года) фирма Тачикава Хикоки Кабушики Канша выпустила по лицензии пятьдесят Ki-27b. С учетом выпущенных Ю-27а, в общей сложности было выпущено 2057 машин, а с учетом опытных и предсерийных - 2069 (из них 2019 было построено на заводе Накадзимы в Ота). Таким образом Накадзима стала вторым после Мицубиси производителем самолетов в Японии.
Многие публикации утверждают, что Ki-27 также выпускался харбинской фирмой Маншу Хикоки Сейзо Кабушики Кан-ша в Маньчжоу-го и общее количество выпущенных самолетов составляет около 3300 машин. И хотя сохранившиеся отчеты компании не подтверждают, но и не опровергают эту информацию, возможно за истребители приняты учебные Ki-79 (об этом самолете будет рассказано чуть позже), которые действительно выпускались в Харбине.
