Projekt Inżynierami prowadzącymi cały projekt zostali Tei Koyama oraz Nishimura Itokawa (Hideo Itokawa). Na początku 1939 roku komisja lotnictwa armii lądowej dokonała inspekcji makiety i zaopiniowała Ki-49 do dalszych prac i budowy trzech egzemplarzy prototypowych. Nowa maszyna otrzymała również nazwę Donryū, pochodzącą od nazwy świątyni shintō, znajdującej się w pobliżu zakładów Nakajima.
W sierpniu 1939 roku ukończono pierwszy prototyp, który do swojego pierwszego lotu wzbił się w tym samym miesiącu. W samolocie zastosowano dwa silniki gwiazdowe Nakajima Ha-5 Kai. Nie były to jednak docelowe jednostki napędowe, silniki Nakajima Ha-41, które jednak znalazły się już na dwóch kolejnych prototypach. W chwili budowy pierwszej maszyny prototypowej (o numerze seryjnym 4901), Ha-41 nie był jeszcze dostępny. Drugi i trzeci prototyp (o numerach seryjnych odpowiednio 4902 i 4903) ukończono w listopadzie 1939 roku (według niektórych źródeł, w październiku 1939 rokuRichard M. Bueschel, Nakajima Ki-49 Donryu in Japanese Army Air Force Service, A Schiffer Military History Book, 1995, s. 5, .).