Использование самолета в боях на Новой Гвинее, Новой Ирландии и Новой Британии показало желательность решения проблем его технического обслуживания. Такео Дои решил облегчить и упростить конструкцию самолета. С появлением 20 мм пушки Но 5 Ки 61-I КАИс получил пару таких пушек вместо фюзеляжных 12,7 мм пулеметов Тип 1. Конструкция крыла была усилена, что позволило повысить скорость пикирования и
подвешивать под крылом бомбы. Фюзеляж был несколько удлинен, а хвостовая часть стала отъемной. Хвостовой костыль стал
неубираемым. Производство этого варианта Ки 61 началось в январе 1944 г и до августа он вытеснил со сборочной линии предыдущий вариант. Производство Хиена быстро набирало обороты и достигло пика в 254 самолета, выпущенных в июле 1944 г. Всего, включая вариант Ки 61-I КАИd, вооруженный парой крыльевых 30 мм пушек Но 105 и двумя фюзеляжными 12,7 мм пулеметами Тип 1, было выпущено 2654 Ки 61-I и -I КАИ.