Ki-27 был одномоторным одноместным свободно-несущим монопланом с низкорасположенным крылом. Конструкция цельнометаллическая с дюралевой обшивкой (поверхности управления и элероны обтянуты тканью). Кабина закрыта, двухстоечное шасси с хвостовым костылем или колесом, горизонтальное оперение свободнонесущее.
Фюзеляж. Круглое поперечное сечение в носовой части, переходящее в овальное. Конструкция полумонококовая из стрингеров и шпангоутов с приклепанной обшивкой из дюралюминия. В носовой части размещались: двигатель с маслорадиато-ром и 25 литровым маслобаком, вооружение, 50-литровый фюзеляжный топливный бак (заправочная горловина сверху перед кабиной пилота), кабина пилота. Кабина закрыта трехсекционным фонарем, средняя часть которого сдвигалась назад, а задняя - неподвижная (на Ю-27а было два окна по бортам, на Ki-27b задняя часть целиком прозрачная). За креслом пилота располагалась противокапотажная ферма. Был установлен телескопический прицел Тип 89, проходящий через лобовое стекло. Кабина имела полный комплект органов управления и приборов (включая спидометр, вариометр, указатель высоты, указатель крена, магнитный компас, манометр пневмосисте-мы, тахометр, указатели температуры масла и двигателя, указатель давления масла и топлива). Сзади пилота размещалась радиостанция Тип 96 (только на каждом четвертом Ki-27b). На самолетах, имевших радиостанцию, перед кабиной по правому борту устанавливалась мачта антенны. Антенна была натянута между мачтой и вершиной киля, провод к радиостанции входил за кабиной. В задней части фюзеляжа навигационный огонь.
Крыло. Свободнонесущее, трапециевидной в плане формы со скругленными за-концовками. Конструкция цельнометаллическая трехлонжеронная с нервюрами и стрингерами с приклеенной обшивкой. Передняя кромка усилена дополнительными полунервюрами. Профиль крыла - Накадзима NN-2, относительной толщиной 16% в корне и 12% на концах. Поперечное V - 70, угол установки - 20, относительное удлинение - 6,9. Металлические щитки и элероны. Последние имели полотняную обшивку и были оснащены триммерами. Главные стойки шасси крепились к крылу. Приемник воздушного давления на передней кромке левого крыла ближе к законцовке. Под центропланом Ki-27b размещались держатели, позволявшие нести четыре мелкокалиберных бомбы или два подвесных бака. Предусматривалась возможность установки кинопулемета (только на учебных Ki-27), который размещался на левом крыле на расстоянии 1,1 м от оси фюзеляжа. В центроплане крыла размешались основные топливные баки: два, по 75 литров каждый, между первым и вторым лонжероном и два, по 65 литров, между вторым и третьим. Заливные горловины были выведены на верхнюю поверхность крыла. На концах крыла - навигационные огни.
Хвостовое оперение. Свободнонесущее, цельнометаллической конструкции с полотняной обшивкой рулевых поверхностей. Стабилизатор эллиптической формы, профиль симметричный. Вертикальное оперение трапециевидное со скругленным верхом и изогнутой задней кромкой. Все рули имели металлические триммеры (триммер руля высоты мог регулироваться только на земле).
Шасси. Неубирающееся, с хвостовым костылем или колесом. Стойки и колеса закрывались обтекателями. На некоторых самолетах (особенно учебных) обтекатели колес снимались. Иногда стандартные колеса заменяли большими по размерам с пнев-матиками низкого давления. Стойки имели масляно-воздушные амортизаторы, колеса были оснащены механическими тормозами. Максимальный ход амортизаторов -150 мм. Колея шасси около 3,2 м. Хвостовой костыль снабжался амортизатором. Хвостовое колесо самоориентируюшееся.
Силовая установка. 9-цилиндровый мотор воздушного охлаждения Накадзима Ха-^ (Ха-1 Otsu), номинальная мощность 710 л.с. при 2600 об/мин, максимальная мощность 760 л.с. на высоте 2900 м. Масса мотора 425 кг, диаметр - 1282 мм, степень сжатия - 6,7:1. Двухлопастный металлический винт Сумитомо диаметром 2,90 м. Кок винта отсутствует. Запас топлива во внутренних баках - 330 л (280 л в крыльевых топливных баках и 50 л в фюзеляжном топливном баке). Ki-27b мог нести два подвесных топливных бака по 133 л каждый. Маслобак емкостью 25 л. Перед цилиндрами мотора располагался маслорадиатор, форма которого несколько раз менялась в процессе производства. Воздухозаборники карбюратора сверху, над цилиндрами, чуть ниже передней кромки капота. Доступ к двигателю обеспечивался полностью снимаемым капотом. Два выхлопных коллектора с выходами по бортам фюзеляжа, между двигателем и крылом. Регулировка охлаждения двигателя осуществлялась с помощью четырех створок с каждой стороны фюзеляжа.
Вооружение. Два синхронных 7,7-мм пулемета Тип 89 в фюзеляже. Длина пулемета - 1030 мм, вес - 11,8 кг, скорострельность - 900 выстрелов в минуту, дальность стрельбы - 600 м. Патронные ленты в барабанах, по 500 выстрелов на ствол. Доступ обеспечивался с помощью металлических съемных панелей по бортам фюзеляжа. Ki-27b могли нести четыре 25-кг бомбы на держателях под центропланом.
