Armia nie spieszyła się z kolejnymi zamówieniami. Do linii wchodziły kolejne, zmodernizowane wersje Ki-21, a w październiku 1941 roku przekazano Nakajimie kolejną specyfikację techniczną, tym razem na samolot pełniący rolę maszyny koordynującej ataki bombowe, znany pod oznaczeniem Ki-80. Z uwagi na zakres wymagań wobec nowej konstrukcji nie mogła być to prosta modyfikacja istniejącego płatowca. Od samolotu wymagano dużej prędkości, opancerzenia i silnego uzbrojenia strzeleckiego. Do prac modernizacyjnych wybrano dwa seryjne Ki-49. Zwiększono liczbę członków załogi do dwunastu osób. Rozbudowano system łączności, którego obsługą mieli zajmować się dwaj radiooperatorzy. Samolot uzbrojony miał być w jedno działko Ho-1 kalibru 20 mm, sześć karabinów maszynowych Typ 89 kalibru 7,7 mm i jeden karabin Typ 1 kalibru 12,7 mm. Maszyny mogły przenosić ładunek bombowy, ale ograniczony do 300 kg. Ki-80 wyposażono w nowe silniki Nakajima Ha-117 o mocy startowej 1802 kW (2450 KM). Żaden z dwóch Ki-80 nigdy nie wzniósł się w powietrze, a cały program budowy samolotu został anulowany. Silniki Ha-117 były na wczesnym etapie rozwoju nie umożliwiającym normalnej eksploatacji. Zmianie uległ również charakter działań japońskiego lotnictwa bombowego.