В течение лета 1938 года «Kawanishi Kokuki К.К.» получила контракт от флота на создание четырехдвигательной морской летающей лодки для замены «типа 97». Спецификации на «экспериментальную летающую лодку 13-Shi» требовали более высоких данных, чем у английской Short «Sunderland» или американской Sikorsky ХРВ5-1: максимальная скорость задавалась 440 км/час, крейсерская – 330 км/час, а дальность полета – до 8200 км.
Проектные работы начались в августе 1938 года. В результате продувок моделей в аэродинамической трубе и буксировок в опытном бассейне появился высокоплан чистых форм. Для достижения заданной дальности полета конструкторы Kawanishi установили на самолет восемь сравнительно небольших крыльевых непротектированных баков и шесть больших баков в корпусе. Фюзеляжные баки были оборудованы системой наддува нейтральным газом и частично протестированы. Причем в случае повреждения бака топливо, вытекшее в фюзеляж могло быть закачено в неповрежденный бак. Общая емкость топливной системы достигла 17040 л – топливо составляло 29 % взлетного веса.
Экипаж имел хорошую бронезащиту. Оборонительное вооружение должно было состоять из трех 20-мм пушек «тип 99 модель 1» в носовой, верхней и задней башнях, 7,7-мм пулеметов «тип 92» в двух боковых блистерах, двух бортовых окнах и в нижней установке.
Двигатели были выбраны 1530-сильные Mitsubishi МК4А «Kasei-11» – 14-цилиндровые «звезды» воздушного охлаждения. Первый опытный H8К1 был готов 31.12.1940. В январе следующего года состоялся первый полет. Во время скоростной рулежки и на взлете самолет показал себя крайне неустойчиво, а вскоре после поднятия носа фонтаны брызг стали заливать винты и поднимались выше крыла. Опытный H8К1 тут же вернули на завод. Там изменили обводы нижней части фюзеляжа и добавили еще одну «скулу», после чего самолет тут же вернули на испытания. Хотя управляемость на воде была все еще хуже, чем у H6К, зато в целом она заметно улучшилась, а другие характеристики самолета были гораздо выше. В конце 1941 года после проведения войсковых испытаний флот санкционировал начало серийного производства самолета под обозначением «летающая лодка морской тип 2 модель 11» (H8К1).
К этому времени были построены и облетаны еще две предсерийные лодки с модифицированными корпусами – вторая из них имела увеличенный киль, ставший образцом для серийных машин. Hа серийные самолеты H8К1 «модель 11» ставились двигатели Mitsubishi МК4А «Kasei-11» или МК4B «Kasei-12». Вооружение состояло из двух 20-мм пушек «тип 99 модель 1» – по одной в носовой и хвостовой башнях и четырех 7,7-мм пулеметов «тип 92». Самолет мог нести две 800-кг торпеды или восемь 250-кг бомб, а также глубинные бомбы.
Первый боевой вылет H8К1 состоялся в ночь на 05.03.1942, когда два самолета из кокутай «Yokogama», поднявшись с атолла Вотье (Маршалловы острова) , дозаправились с подводных лодок и нанесли бомбовыи удар по Перл-Харбору. Так как над Гонолулу была плохая погода, результаты были нулевыми. Вскоре такие налеты пришлось прекратить из-за того, что американский флот занял острова Фрегат-Шоалс, у которых проводилась дозаправка с подводных лодок.
Однако в качестве океанского разведчика H8К1 оказалась очень удачной – хорошая защита экипажа, баков и мощное вооружение в сочетании с высокой скоростью позволяли ей постоять за себя в бою с истребителями.
Достаточно высокие характеристики «модели 11» были улучшены при установке на H8К2 «модели 12» 1850-сильных двигателей Mitsubishi МК4Q «Kasei-22», оснащенных системой впрыска воды. Установку двигателей «Kasei-22» в измененных мотогондолах опробывали на опытном H8К1. Улучшение летных характеристик позволило запустить в серию модель с двигателями «Kasei-22» уже с 17-го самолета. Киль самолета вновь был изменен. Во всем остальном самолет не отличался от H8К1. Большая мощность двигателей позволила увеличить взлетный вес с 31 т до 32,5 т, а емкость топливных баков была доведена до 18880 л. Вооружение стало по образцу первого опытного самолета, кроме того 7,7-мм пулемет можно было использовать через боковые окна в кабине пилота.
Благодаря столь мощному вооружению и высочайшей среди летающих лодок скорости этот самолет по мнению сталкивавшихся с ним пилотов союзников было труднее всего сбить. Постепенно «летающая лодка морской тип 2 модель 12» заменила более старую «тип 97», став основным дальним разведчиком флота. Часть самолетов последних серий получила локаторы. Летающая лодка использовалась вплоть до капитуляции Японии.
Первый опытный самолет после использования его в качестве прототипа H8К2 с двигателями «Kasei-22», переделали в транспортный вариант лодки. Высокий фюзеляж позволил установить внутри него две палубы. Hижняя палуба шла от носа до заднего редана, а верхняя – от крыла до хвоста. Было предусмотрено размещение 29 пассажиров или 64 солдат. Вооружение было сокращено до одного 13-мм пулемета «тип 2» в носовой башне и одной 20-мм пушки «тип 99 модель 1» – в кормовой.
Установка нижней палубы потребовала перекомпоновки топливной системы – запас топлива был сокращен до 13414 л. После успешных испытаний машина была передана оперативной штаб-квартире флота в Йокосуке, где использовалась в качестве связной. Самолет был запущен в серию под обозначением «транспортная летающая лодка морской тип 2» «Seiku» («Чистое небо») или H8К2-B. Всего с 1943 года по 1945 год было выпущено 36 H8К2-B, которые использовались в транспортных частях флота.
Еще в начале работ по лодке предусматривалась установка убираемых стабилизирующих поплавков, но потом от этого отказались для экономии веса. Однако в 1943 г появилась идея повысить скорость H8К. Две опытные лодки с двигателями «Kasei-22» были в 1944 году оснащены убираемыми поплавками. Они проходили активные испытания. Вооружение новых H8К3 было аналогично H8К2, но боковые блистеры были заменены люками - позже аналогичная доработка была сделана на серийных H8К2, а верхняя башня стала убираемой. В 1945 году эти две лодки были переоснащены под двигатели Mitsubishi МК4Т-В «Kasei-25M» мощностью 1825 л.с. Самолеты были переименованы в H8К4 «модель 23». Hо в серию ни эта модель, ни ее транспортный вариант H8К4-M «модель 33» не запускались – флоту требовались истребители и он указал Kawanishi сосредоточиться на выпуске N1К2-J «Shiden».
Всего было выпущено 167 H8К – гораздо меньше, чем английских «сандерлэндов» или американских «каталин», но японская лодка в течение всей войны показала себя одним из наиболее выдающихся морских самолетов в мире.