Prace nad samolotem, nazwanym oficjalnie Shisaku Enkyori Sentoki, czyli Doświadczalny Samolot Myśliwski Dalekiego Zasięgu (ang. Army Experimental Long-Range Fighter) i oznaczonym Ki-83, postępowały dość wolno i pierwszy z czterech zbudowanych prototypów był gotowy dopiero w październiku 1944 roku. Jego oblot nastąpił w dniu 18 listopada 1944 roku z lotniska Kagamigahara. Pierwsze próby w locie wykazały znakomite własności nowego myśliwca. Ki-83 był łatwy i poprawny w pilotażu, miał dobre wznoszenie i wysoką prędkość maksymalną, chociaż nie zdołano przeprowadzić prób przy pełnej mocy silników. Mimo to osiągnięto prędkość 655 km/h na wysokości 5000 m, a w czasie testów po wojnie w rękach Amerykanów nawet 762 km/h na wysokości 7000 m ! Tym samym Ki-83 okazał się najszybszym japońskim myśliwcem zbudowanym podczas II wojny światowej. Ponadto - mimo, iż Armia nie żądała tego w swoim zamówieniu - samolot miał rewelacyjną zwrotność, zwłaszcza w manewrach pionowych. Uzbrojenie ofensywne samolotu, złożone z czterech działek, umieszczono w dolnej części nosa samolotu. Dodatkowo na zewnętrznych zaczepach pod skrzydłami przewidziano możliwość podczepiania dwóch lekkich bomb odłamkowych o masie po 30 lub 50 kg albo dodatkowych zbiorników paliwa. Główny zbiornik paliwa umieszczony był w kadłubie pomiędzy kabinami pilota i radiotelegrafisty. Dalsze zbiorniki paliwa znajdowały się w skrzydłach. Wszystkie zbiorniki otrzymały wykładzinę samouszczelniającą.