Ki-45 改“屠龙”频频出现在东南亚和荷属东印度群岛上空，盟军代号“尼克”（Nick）。一开始盟军误认为“屠龙”是日本生产的法国 Potez 63 或德国 Bf 110 的，后来一份来自中国战区的报告称这是日本新研制的战斗机，型号 I-45。1943 年秋美国第 5 航空队的北美 B-25 轰炸机对新几内亚伯然机场进行奇袭时首次获得了“屠龙”的清晰照片。Ki-45 改对地攻击作战表现良好，特别是在攻击美国海军 P.T.鱼雷艇和盟军装甲车上，还造成了进行远程轰炸任务的无护航 B-24 轰炸机的严重损失，这迫使第五航空队司令肯尼将军向美国陆军航空队施压，要求装备更多的 P-38，这是盟军仅有的可对 B-24 远程任务护航的战斗机。
1943 年 9 月 2 日，驻扎在新几内亚的美国陆航第 49 战斗机大队的 P-38 在一次护航任务中首次遭遇“屠龙”。在这次 B-17 和 B-26 协同轰炸位于格鲁斯特角日军机场的任务中，15 架 P-38 负责为低空的 B-26 和高空的 B-17 护航。轰炸进行的很顺利，仅遭到一些小口径高炮的射击。就在完成轰炸后转向大海方向撤离时，B-17 向 P-38 呼救，报告遭到一种双发战斗机的攻击。
中队指挥官格里.约翰森带领两架僚机从 4,500 米高度朝一架被攻击的 B-17 俯冲过去，“屠龙”见事不妙，立即终止攻击并企图俯冲逃离。但 P-38 速度俯冲惊人，在 3 架闪电的射击下，日机旋转着，拖着黑烟坠落于环绕海湾的小山之间。
彼得.阿尔杰和僚机锁定了另一架正在攻击 B-17 的“屠龙”。不过这个家伙并没有俯冲脱离，反而试图绕到 P-38 的后方。阿尔杰一个急转，很容易地就切入“屠龙”的内侧，一个点射后日机发动机起火。阿尔杰的僚机接着又将密集的 12.7 毫米子弹射入“屠龙”机身内，日机坠入海湾。
此时，另一架 P-38 上的格罗夫.范宁目击了这架“屠龙”的坠毁过程。他突发奇想，拿出随身带的柯达相机，收油门并向下俯冲，要拍下海面的浮油和残骸。
当他正按下快门时，另一架“屠龙”咬住了他的六点，白色的曳光弹擦着座舱飞过。范宁立即猛推油门并稍微拉杆，P-38 很容易就甩开了日机。“屠龙”想跟进，此时范宁已经有了足够的距离来实施 P-38 的绝活，他将左发油门拉到最小，用尽力气拉出了一个不可思议的侧急转。日本飞行员惊讶地发现原先还在追赶的敌机一眨眼功夫已经迎头冲了过来，立即左转 180 度飞向高炮环伺的日军机场寻求保护。范宁赶了上来，近距离将 Ki-45 击落，“屠龙”坠毁在跑道尽头。但随后范宁也被机场防空火力击落。之后 P-38 又击落了第 4 架“屠龙”，日机拖着黑烟，翻滚着消失在云中。
美军飞行员很奇怪为什么日军要将“屠龙”投入空战，实际上“屠龙”与英国的波弗特战斗机（Beaufighter）很相似，适合用于对地攻击而不是空战， Ki-45 改乙的 37 毫米炮能对地面目标造成严重伤害。
Ki-45 改乙机腹安装了 37 毫米炮
B-24 开始实施夜间轰炸之后，没有组建特殊夜间战斗机单位的日本航空兵一时一愁莫展。为此一些 Ki-45 改甲在机场改装成夜间战斗机。当时日本没有机载雷达，必须依靠地面引导和飞行员目视来截击盟军轰炸机。一旦日本飞行员发现轰炸机，他们就打开 Ki-45 改甲机鼻下方的着陆灯，照亮猎物进行攻击。这些早期的“屠龙”夜战型增加了两挺斜射 12.7 毫米 1 式机枪，安装在原先飞行员和无线电员之间的机身主油箱位置。
1944 年初日本战争部担心波音 B-29 即将对本岛进行的战略轰炸以及美国陆军航空队可能选择夜袭方式，急需装备大量夜间战斗机。此时研制新型夜间战斗机已经来不及，鉴于在新几内亚和腊包尔对 Ki-45 改进行改装很成功，航空本部指示川崎开始生产“屠龙”的夜战型。土井武夫决定以 Ki-45 改乙为蓝本研制夜战型，由于日本的机载雷达仍在研制中，所以工作也就局限在重新调整一些仪表和军械的布置上。夜战型被称为陆军 2 式复座战斗机丙型，即 Ki-45 改丙，该型的机鼻更长更尖，内部没有安装任何武器。Ki-45 改丙保留了机腹 37 毫米航炮，但型号改为半自动的 Ho-203，携弹 16 发，另外机身中部安装两门 20 毫米 Ho-5 斜射炮。最初的型号保留了后座的 7.92 毫米机枪。Ki-45 改丙于 1944 年 3 月在明石工厂投产，次月完成首架飞机。
1944 年 8 月，第 5 战队的 Ki-45 改丙，尾翼有“白头”的中队标记
Ki-45 改丙之所以取消前向火力，是因为 B-29 自卫火力太强，只有从目标下方接近和开火才能减少自身的损失。另外还专门设计了瞄准头顶目标的瞄准器，但在实战中收效不大。
1944 年 6 月 15 日，XX 轰炸机司令部的 B-29 首次轰炸日本本土，目标是九州八幡钢铁厂。编队遭遇第 4 战队 8 架“屠龙”的拦截，日方声称有击落了 6 架超级堡垒，击伤 7 架的战果。和德国表亲 Me 110 一样，“屠龙”在夜战方面也颇多建树，美国陆军航空队在日本上空被击落的 100 余架 B-29 中，有 2/3 是“屠龙”包办的。如果不是数量的不足和日军人员的低素质，B-29 的损失还要加大。
1945 年初，第 5 战队的一架 Ki-45 改丙后期生产型。全机黑绿色夜间迷彩，注意拆除了后座回旋机枪
Ki-45 改丙“屠龙”是一种双座双发，悬臂式下单翼传统布局的飞机。
Ki-45 改丙机翼下可以挂载“空爆弹”，在轰炸机编队上空投放，爆炸后杀伤敌机，也确实取得过战果
机身：轻合金椭圆形截面的全金属半硬壳结构，平头铆承力蒙皮。驾驶舱在机身的机翼前缘处，飞行员有 17 毫米厚的头部和背部装甲板保护。座舱布局整齐，但与同时期盟军战斗机比，内部空间局促。飞行员身后是机身油箱和两门 20 毫米 Ho-5 斜射炮。油箱下方的机腹右侧安装一门 37 毫米 Ho-203 航炮，Ho-203 的弹药箱前后都有 13 毫米装甲板保护。无线电员面朝后坐在斜射炮后的独立舱室中。前后舱铰接座舱盖向左打开，没有应急抛盖装置。作战中无线电员操纵一挺 7.92 毫米 98 式后射机枪，机枪射界上下~20 度~80 度，左右 180 度，无线电员没有装甲保护。