В декабре 1937 года воздушный штаб армии по предложению одного из ведущих пилотов армии капитана Юзо Фуджита подготовил спецификации на штурмовик, призванный заменить легкий бомбардировщик Ki.30. По сравнению с последним новый самолет, названный Ki.51, был меньше, главный упор был сделан на маневренность, живучесть и возможность применения с передовых фронтовых аэродромов. В феврале 1938 года задание было пересмотрено: максимальная скорость требовалась в 420 км/час на высоте 2000 м, взлетный вес – 2700 кг, двигатель – Mitsubishi Ha-26-II воздушного охлаждения, бомбовая нагрузка – двенадцать 15-кг или четыре 50-кг бомбы, вооружение – два пулемета для стрельбы вперед и один оборонительный – назад.
Ki.51 создавался теми же конструкторами, что создавали Ki.30, и очень напоминал предшественника, только была несколько сокращена по длине кабина, что обеспечило более тесное взаимодействие членов экипажа. Причем у второго члена экипажа было двойное управление и минимально необходимое приборное оборудование. Hебольшая бомбовая нагрузка позволила отказаться от бомбоотсека. В результате самолет получил конфигурацию низкоплана, сократив тем самым длину неубираемых стоек шасси. Капотирование двигателя Ha-26-II стало более плотным, трехлопастный винт изменяемого шага получил большой кок. Два пулемета калибра 7,7-мм были установлены в крыльях, а третий – в задней части кабины обеспечивал защиту хвоста.
Первый опытный самолет был готов в июне 1939 года, второй – в августе. Вслед за ними последовала установочная партия из 11 машин, выпущенных с сентября по декабрь 1939 года. В процессе эксплуатации машины получили несколько доработок: откидной фонарь был заменен на сдвижной назад, на крыле появился фиксированный предкрылок, улучшивший управляемость на малых скоростях, а под кабиной были установлены 6-мм бронеплиты. Одна из этих машин была доработана по требованию армии в разведчик – оборудование задней кабины было заменено фотокамерами. Этот самолет планировался в качестве «тактического разведчика армейский тип 99» Ki.51а, но испытания позволили заключить, что проще использовать серийные Ki.51 доработанные в полевых условиях. Так что специального обозначения не потребовалось – самолеты использовались и в качестве разведчиков, и в качестве штурмовиков. Всего под обозначением «штурмовик армейский тип 99» с 1940 года по 1944 год Mitsubishi выпустила 1459 Ki.51. Во время производства в самолет внесли только две доработки: в передней кромке крыльев установили два 68-л бака, а 7,7-мм пулемет «тип 89» в задней части кабины был заменен на спарку 12,7-мм пулеметов «тип 1».
Самолет сначала использовался в небе Китая, а потом по всему Тихому океану, и везде действовал отлично. Hесмотря на небольшую скорость, не позволявшую уйти от истребителя, самолет полюбился экипажам за живучесть, маневренность, легкость в управлении и обслуживании, за способность действовать с неподготовленных аэродромов. Самолет был настолько удачным, что даже в 1944 году на первом армейском воздушном арсенале в Тачикаве пустили новую сборочную линию. Всего армейский арсенал с 1941 года по 1945 год поставил 913 Ki.51. В последние месяцы войны Ki.51 использовались как самолеты для камикадзе с одной 250-кг бомбой под фюзеляжем. После поражения Японии несколько Ki.51, брошенных на Яве и в Суматре некоторое время использовались против голландских войск индонейзийскими повстанцами.
В 1941 году инженеры с «Maneyu Hikoki Seizo К.К.» были переведены в Tachikawa на армейский арсенал для создания на базе самолета специального тактического разведчика Ki.71. Самолет был оснащен двигателем Mitsubishi Ha-112-II мощностью 1500 л.с., в крыло были установлены две 20-мм пушки Ho-5, шасси стало убираемым. Максимальная скорость Ki.71 достигала только 470 км/час, и самолет в серию не был пущен. Правда, о разработке нового самолета узнали союзники, присвоив ему обозначение «Edna».