Отличные летные характеристики опытного самолета Ka-14 (будущего палубного истребителя A5M) привлекли к себе внимание японской армии, которая заказала его под обозначением Ki-18. Армейский самолет отличался от флотского только отсутствием авианосного оборудования. Двигатель был закрыт новым, более длинным капотом, для улучшения управляемости увеличили площадь руля направления, а чтобы машина не зарывалась в пыль и грязь грунтовых аэродромов, были введены колеса увеличенного диаметра с соответствующими обтекателями.

Постройка самолета была завершена в августе 1935 года. На испытаниях Ki-18 показал скорость на 45км/час больше, чем состоящий тогда на вооружении истребительных частей биплан Kawasaki Ki.10-1, но моноплан Mitsubishi проигрывал последнему в учебных воздушных боях. С точки зрения летавших на Ki-18 пилотов, самолету недоставало устойчивости и управляемости, но никаких изменений сделано не было. Недостаточно надежной оказалась и силовая установка. В результате воздушный штаб армии заказал самолет, сочетающий высокие скоростные характеристики Ki-18 с маневренностью Ki-10.

По этому заданию Mitsubishi выпустила два опытных истребителя Ki-33, отличающихся двигателем Nakajima Ha-1A и доработанным крылом. Постройка прототипов была завершена к лету 1936 года. Hо во время конкурсных испытаний Ki-33 проиграл самолету Nakajima Ki-27.