К весне 1944 года союзники завоевали полное воздушное превосходство фактически на всех фронтах Тихого океана. Японские истребители Ki-43 Oskar, Ki-44 Tojo и Ki-61 Tony не могли противостоять американским P-51 Mustang, F4U Corsair, F6F Hellcat и британским Spitfire F.VIII, которые теперь действовали в условиях технического и численного превосходства. Если пытаясь вернуть контроль за небом JNAF полагался на модификации истребителя A6M Zero, то JAAF сделали упор на выпуск новых конструкций.

Весной 1940 года компания Kawasaki приобрела лицензию на немецкий двигатель жидкостного охлаждения DB.601A и выпустила его японский вариант Ha-40. Компания Nakajima в 1941 году начала разработку на базе истребителя Ki-43 двух новых самолетов: Ki-62 с двигателем Kawasaki Ha-40 и Ki-63 с радиальным 14-цилиндровым двигателем Mitsubishi Ha-102. Но еще до завершения этих проектов, военные отдали предпочтение самолету Kawasaki Ki-61, так как эта компания имела больше опыта по двигателям жидкостного охлаждения. А компании Nakajima было предложено разработать многоцелевой дальний истpебитель с новым 18-цилиндровым радиальным двигателем Nakajima Ha-45. Самолет предназначался для боя с истребителями, а его вооружение должно было состоять из двух 20-мм пушек Ho-5 и двух 12,7-мм пулеметов Ho-103. Проект получил обозначение Ki-84 Hayate.

Первый прототип Ki-84 взлетел в марте 1943 года. Испытания двух прототипов, оснащенных двигателями Ha-45-II мощностью 1800л.с., прошли без особых проблем и вскоре была выпущена первая партия из 83 машин. Большинство этих самолетов отличались друг от друга незначительными деталями. Часть этих машин была передана в экспериментальную эскадрилью для проведения осенью 1943 года войсковых испытаний. Весной 1944 года начался выпуск истребителей Ki-84-Ia. Они оснащались двигателями Ha-45-11 (1800л.с.) или Ha-45-21 (1900л.с.). Пилот был защищен 13-мм бронеспинкой и 65-мм бронестеклом, баки протектированы. Под крылом можно было подвешивать две 250-кг бомбы либо дополнительные баки.

Самолет Ki-84 оказался скороподьемнее и маневреннее всех истpебителей союзников, а на малых и средних высотах не уступал им и в скорости. В боях, благодаря своему тяжелому вооpужению, хорошей защите и летныи качествам, истребитель Hayate был грозным противником, особенно если на них летали опытные пилоты. Но серийные машины страдали от дефектов топливной и гидравлической систем и от слабых стоек шасси, а двигатели редко развивали полную расчетную мощность. Союзники присвоили самолету кодовое наименование Frank.

За 18 месяцев серийного производства было построено свыше 3500 истребителей Ki-84. Вариант Ki-84-Ib был вооружен четырьмя 20-мм пушками, а на модификацию Ki-84-Ic, предназначенную для борьбы с бомбардировщиками B-29, устанавливали еще и две крыльевые 30-мм пушки Ho-105.

В начале 1945 года начался выпуск варианта с модифицированными консолями и деревянной задней частью фюзеляжа. Самолеты более поздних выпусков оснащались двигателями Ha-45-23 мощностью 2000л.с. с непосредственным впрыском топлива. Вооружение состояло из четырех 20-мм пушек, либо пары 20-мм и двух 30-мм пушек.

В конце войны конструкторы компании разработали на базе Ki-84 несколько вариантов, большинство из которых остались незавершенными:

• Ki-84N - высотный перехватчик, оснащенный 18-цилиндровым двухрядным радиальным двигателем Nakajima Ha-44-13 мощностью 2500л.с. и увеличенной площадью крыла. Серийные самолеты должны были получить обозначение Ki-117.
• Ki-84R - высотный перехватчик со стандартным крылом и двигателем Ha-44-13 с двухступенчатым турбонагнетателем. К моменту капитуляции Японии прототип был готов на 80%.
• Ki-113 - вариант Ki-84, изготовленный с использованием стали: углеродистая сталь использовалась в кабинной секции, для стрингеров и нервюр, а стальные ленты - для обшивки. Прототип был построен в 1944 году, но оказался слишком перетяжеленным и так и не взлетел.
• Ki-116 - единственный прототип этого истребителя был построен компанией Manshu. Он представлял собой планер серийного самолета Ki-84, доработанный под установку радиального двигателя Mitsubishi Ha-112-II мощностью 1500л.с. с трехлопастным винтом. Вооружение и оборудование осталось прежним. Переделка была очень удачной, вес самолета снизился на 420кг, благодаря чему заметно возросла маневренность. Когда Япония капитулировала, самолет проходил интенсивные летные испытания.