В течение следующих двух месяцев Ки-21 3-й дивизии во всю поддерживали наступление армии, пользуясь отсутствием противодействия в воздухе. А вот 14-у сентаю 4-й хикосидан, который вел боевые действия на Филиппинах, а потом в Бирме, повезло меньше. В Бирме 14-й сентай вместе с 62-м сентаем основной целью имел авиабазу Таунгоо в Рангуне, где японцы встретили сильное противодействие в лице "Томахоков" американских добровольцев и "Буффало" из 67-й эскадрильи британских ВВС. В этих боях 14-й сентай потерял почти все свои самолеты. К счастью для японцев на этой стадии войны встречи с современными истребителями противника были редкостью.
Такой боевой опыт обратил на себя внимание штаба армейских ВВС. Были учтены требования экипажей к улучшению оборонительного вооружения. Главным недостатком самолета были малые углы обстрела из верхнего 7,7-мм пулемета. Начиная с Ки-21-IIa N 1026-590, Мицубиси отказалась от верхнего фонаря стрелка, установив большую, сферическую башню с одним 12,7-мм пулеметом "тип 1". Башня поворачивалась с помощью привода от велосипедных педалей. Новый пулемет имел более высокую начальную скорость пули и большие углы обстрела, но эта мера незначительно улучшила оборонительный потенциал бомбардировщика. Новый вариант бомбардировщика получил обозначение Ки-21-IIb. Начиная с 275-й машины, стали устанавливаться 16-мм и 12,5-мм бронеплиты сзади и спереди пилота. Еще несколько 16-мм бронеплиток использовалось для защиты верхнего стрелка.
Когда войска союзников приняли условные обозначения японских самолетов, Ки-21, как наиболее известный самолет японских армейских ВВС, получил обозначение "Джейн" по имени жены генерала Макартура. Генерал счел эту честь сомнительной, и вскоре обозначение поменяли на "Салли". Когда американцы впервые увидели Ки-21-ИЬ без столь знакомой "беседки", то сначала предположили, что это новый тип самолета, которому дали обозначение "Гвин". Позднее, когда все прояснилось, название "Салли" вернули.
Но к этому времени для бомбардировщика Мицубиси наступили дни заката. Хотя самолет сохранил популярность в войсках за хорошую управляемость и простоту обслуживания, он уже не соответствовал задачам, которые перед ним встали в условиях начала наступления союзников на Тихом океане. Однако несмотря на снижение боевых качеств, ВВС продолжали использовать устаревший бомбардировщик, так как предполагавшийся ему на замену Ки-49 фирмы Накадзима оказался сложным в управлении и нес небольшую боевую нагрузку. Завод в Нагое продолжал выпуск Ки- 21-ИЬ до сентября 1944 г, когда со сборочной линии сошел 688-й самолет. Общий выпуск Ки-21 вместе с опытными и предсерийными машинами составил 2064 самолета. Только после запуска в серию бомбардировщика Ки-67 "Хирю" фирмы Мицубиси в начале 1944 г начался вывод Ки-21 из боевых частей. Первым было перевооружено 98-й сентай , однако 58-й сентай сохранил Ки-21 до конца войны.
Несмотря на прекращение использования Ки-21 в качестве бомбардировщика, самолет продолжал использоваться для тренировки экипажей, в качестве транспортного и самолета для специальных заданий. 3- ; "докурицу хикотаи" (специальное подразделение) использовало самолеты этого типа до конца войны.
Вполне возможно, что последняя боевая операция этого подразделения с использованием Ки-21 была проведена 24 мая 1945 г. Эта операция отражала то отчаянное положение, в котором находилась Япония в конце войны. Операция против соединения американских В- 29 на Окинаве была отчаянной и безнадежной. 9 Ки- 21-II без вооружения, с дюжиной специально подготовленных десантников каждый, вылетели с базы Южный Кюсу. Следуя на малой высоте, самолеты достигли района цели. Здесь они были перехвачены истребителями. Только один Ки-21, избежав истребителей, сумел совершить аварийную посадку на взлетной полосе аэродрома Ентан. Прежде чем американские морские пехотинцы сумели обезвредить десантников, те успели уничтожить семь В-29, два повредить и сжечь 2600 бочек с горючим и большое число боезапаса. Авиабаза была выведена из строя на 10 часов.
Операция 24 мая положила конец карьере самолета, который в течение нескольких лет служил символом японской агрессии на Дальнем Востоке. Бомбардировщик выпускался в течение почти восьми лет и участвовал почти во всех операциях армейских ВВС Японии. Ко времени его вступления в строй, в 1938 году это был выдающийся самолет. Но по мере того как война подкатывалась все ближе и ближе к Японским островам, он безнадежно старел. И все же, несмотря на свой бесславный конец, Ки-21 прослужил в японских ВВС дольше, чем любой другой самолет!