Als eines der elegantesten Flugzeuge des Zweiten Weltkriegs war die "Dinah" so erfolgreich, dass Deutschland (vergeblich) versuchte, die Herstellungsrechte von Japan zu erwerben. Obwohl auch Versionen für Jagd- und Bodenangriffe entwickelt wurden, zeichnete sich die Ki46 vor allem durch ihre Fähigkeit zur fotografischen Aufklärung in großer Höhe aus. Das Flugzeug mit dem alliierten Codenamen "Dinah" kombinierte hohe Geschwindigkeit mit großer Reichweite und war in der Lage, den gesamten pazifischen Einsatzraum mit wenig Widerstand abzudecken.

Bei den ersten Flügen im November 1939 zeigte sich, dass die Höchstgeschwindigkeit des Prototyps der Ki46-I um 64 km/h unter den Anforderungen lag, obwohl sie mit 540 km/h immer noch schneller war als die neuesten japanischen Jagdflugzeuge! Die Ki46 wurden zunächst über China eingesetzt, da ihre Geschwindigkeit es ihnen ermöglichte, von den wenigen Jägern, die den Chinesen zur Verfügung standen, nicht abgefangen zu werden.

Vor dem äußerst erfolgreichen japanischen Feldzug gegen die Briten in Malaya wurde das Gebiet von einer Ki46-Einheit eingehend aufgeklärt. Abteilungen der Ki46 der japanischen Heeresluftwaffe wurden bald eingesetzt, um den größten Teil Südostasiens abzudecken, und ihr Erfolg führte dazu, dass die japanische Marine eine kleine Anzahl von Dinahs einsetzte.

Obwohl die Dinahs gegen Ende des Krieges durch schnell kletternde alliierte Jagdflugzeuge verwundbar wurden, konnten sie immer noch viele Aufklärungsflüge über den großen, gut verteidigten Luftwaffenstützpunkten auf den Marianen durchführen, die die Amerikaner 1944 und 1945 für Massenbombenangriffe gegen Japan nutzten.