Chociaż Ki-46-III, osiągając prędkość 630 km/h, był nieco wolniejszy od wymaganego minimum, został jednak wykorzystany dokładnie tam, gdzie alianci osiągnęli już przewagę w powietrzu.
Ki-46 III Kai wszedł do służby w październiku 1944 roku, a w ciągu miesiąca trafił na front. Szybko okazało się, że samolot z powodu niewielkiej prędkości wznoszenia nie był w stanie skutecznie przechwytywać formacji B-29 Superfortress, a całkowity brak opancerzenia oraz brak samouszczelniających zbiorników paliwa czynił go łatwym celem dla amerykańskich strzelców pokładowych.
Ze względu na dużą prędkość Ki-46 III na wysokościach od 8000 do 10000 metrów, było praktycznie niemożliwe, aby myśliwce skutecznie je zaatakowały bez wykrycia przez radar. Dzięki znakomitej pracy Ki-46 i ich pilotów, Japończycy byli nawet w stanie wielokrotnie bombardować silnie bronione lotniska B-29 na Saipanie, największej wyspie na Marianach Północnych. „Dinah” latały rozpoznawczo i meldowały, kiedy amerykańskie bombowce były zatankowane, w pełni załadowane bombami i gotowe do startu. Japońskie bombowce Mitsubishi Ki-67 Hiryu leciały następnie z Japonii do Saipanu, zatrzymując się na Iwo Jimie i zaskoczyły Amerykanów, gdy o świcie przeleciały nisko nad lotniskiem i zrzuciły bomby na B-29 gotowe do startu.