鉴于三式战飞燕的使用经验，日本军方和川崎重工很快提出了飞燕的后续改进型方案，即使用HA40的马力增强型号--HA140（最大输出功率1500HP）液冷发动机的KI61-II，并且很快完成了机体设计。而与之配套的HA140却存在着诸多问题，导致新型飞燕迟迟无法量产化。鉴于此情况，1944年中旬，军方提出了将飞燕改为气冷发动机的提案，但由于川崎重工对军方要求的抵触情绪，实际进度缓慢。
在1944年随后的B-29空袭中，川崎明石发动机厂被毁，Ha140发动机停产，KI-61-II型停产（仅生产374架），同时留下280架左右（一说275架）已经完成，无发动机可用的飞燕II型机身。日本军方和川崎于是提出了使用现成气冷发动机的改装计划，选中百式司侦III型的HA-112-2发动机（荣系列的“金星”第60批次，14缸双排星型气冷。比前者轻大约54KG，最大功率同样是1500HP）。为在狭小的机身塞下星型发动机，特地参考了一架经水下航路而来的德国FW190A-5的机身前部设计，扩大了机身结合部和翼身结合部截面积。改装后发现重心严重后移，经修改机身后部构造，移动原机后部配重得以解决。
因为使用气冷发动机的缘故，改装后全机共减重330KG，性能变化明显：翼载荷从飞燕II型的189kg/m²降至175kg/m²，最大持续爬升率增至3300FT/MIN。回转性能亦得到提高。但由于正面迎风面积增大，阻力增加，最大平飞速度和俯冲速度都有所下降。同时，相比一直问题不断，迟迟无法投产并且可靠性不佳的HA-140液冷发动机，新换装的气冷发动机有着更高的可靠性和更好的出勤率。
原型机于1945年2月1日首飞。日本军方对新型机性能较为满意，赋予其Ki-100的编号后匆忙投入生产。1945年3月到6月间的首批271架五式战称为KI-100-KO（甲型），直接使用上述机体改装，保留了剃刀背座舱盖。后续批次称为KI-100-I-Otsu（乙型），座舱盖修改为水滴型以改善后部视野，至战争结束前共生产118架。另外还有使用废气涡轮增压系统，改善高空性能的KI-100-II型，仅制造原型机3架，无实战记录。
发动机 爱知“热田”21型倒V型12缸液冷发动机×1（1200hp） 爱知“热田”32型倒V型12缸液冷发动机×1（1400hp） 三菱“金星”61型复列星型14缸空冷发动机×1（1560hp） 三菱“金星”61型复列星型14缸空冷发动机×1（1560hp）
速度 546km/h 580km/h 574km/h ?km/h
升限 10500m 10500m 10500m 10500m
续航力 ?km 1205km 1520km ?km
武器 九七式7.7mm机枪×3 ；
500kg炸弹（机腹）×1；
30kg炸弹(翼下)×2
九七式7.7mm机枪×3 ；
500kg炸弹（机腹）×1；
30kg炸弹(翼下)×2
九七式7.7mm机枪×3 ；
500kg炸弹（机腹）×1；
30kg炸弹(翼下)×2
800kg炸弹或炸药
乘员 两个或一个
