Готовясь к войне на Тихом океане, японцы перебросили 27 G4M1 из состава кокусай "Каноя" на базы в Индо-Китае, а 93 самолета были оставлены на Тайване, где имели главной целью американские силы на Филиппинах. Японский штаб планировал, используя эффект внезапности, нанести удар по американским базам на Филиппинах, однако аэродромы Тайваня были укрыты туманом и вылет бомбардировщиков 21-го и 22-го сентаев задержался до позднего утра. Наконец, в 12.30 8 декабря по местному времени 54 G3M2 из авиакорпуса "Такао" и 54 G4M1 из кокусай "Каноя" и 1-го кокусай достигли своих целей, благополучно избежав перехвата американскими истребителями - те, поднятые раньше по тревоге, теперь находились для дозаправки на аэродромах. Одновременно бомбардировщики B5N2, поднятые с авианосца "Рюйо", нанесли эффективный удар по Давао. В этих налетах японские бомбардировщики и истребители эскорта уничтожили около 100 американских самолетов. На третий день войны 26 G4M1 участвовали в потоплении двух английских линкоров адмирала сэра Филиппса. G4M1 были способны поддерживать морские десанты японцев в отдаленных районах Тихого океана и действовать по кораблям союзников вместе с палубной авиацией. Так, 19 февраля 1942 г G4M1 вместе с палубными бомбардировщиками бомбили австралийской порт Дарвин. Но уже в боях у Порт-Морсби, где встретилось серьезное противодействие истребителей союзников, потери резко возросли - сказывалось недостаточное протектирование баков и отсутствие бронезащиты экипажа. Среди своих экипажей самолет носил прозвище "Хамаки" (Сигара) за характерную форму фюзеляжа, но по мере роста потерь его все чаще называли "Фитилем". Несмотря на поступление в войска "модели 12" с элементами защиты баков, потери во время боев на Соломоновых островах были все еще высокими. Среди них, кстати, были и два сбитых 18 апреля 1943 г G4M1-L, на которых летел адмирал Исороку Ямамото вместе со штабом кокусай "Ренго".
Первая серьезная модификация самолета появилась в ноябре 1942 г, когда полетел опытный G4M2. Самолет получил крыло с ламинарным профилем и скругленными законцовками, новые двигатели МК4Р "Касей"-21 мощностью 1800 л.с. с четырехлопастными винтами, дополнительные 7,7-мм пулеметы в окнах по бокам носовой части. Вместо боковых блистеров была установлена верхняя механизированная башня с 20-мм пушкой. Была увеличена площадь остекления носовой части, возросла площадь стабилизатора, а в фюзеляже была предусмотрена возможность установки дополнительного 1600-л бака. На третьем опытном G4M2 бомболюк получил нормальные створки, слегка выступающие за контур фюзеляжа. Их начали ставить с 65-го самолета серии.
Производство же самолетов серии G4M1 "модель 12" продолжалось до января 1944 г, хотя G4M2 под обозначением "бомбардировщик морской тип 1 модель 22" выпускался с июля 1943 г насколько их могли обеспечить двигателями "Касей"-21. G4M2 выпускался на заводе в Нагое, а потом и в Окаяме до поражения Японии в следующих вариантах:
G2M2 "модель 22" - первоначальный вариант - в количестве 274 шт.;
G4M2 "модель 22а" - с 20-мм пушкой вместо 7,7- мм пулемета в средней части фюзеляжа - построено 5 шт.;
G4M2 "модель 22Ь" - отличался установкой более скорострельных 20-мм пушек "тип 99 модель 2" вместо "модели 1";
G4M2A "модель 24" - установлены более мощные, 1850-сильные двигатели МК4Т "Касей"-25 - выпущено 14 шт.;
G4M2A "модель 24а" - с вооружением по образцу "модели 22а" - выпущено 15 шт.;
G4M2A "модель 24Ь" - вооружение по образцу "модели 22Ь" - выпущено 171 шт.;
G4M2A "модель 24с" - носовой пулемет 7,7-мм заменен на 13-мм пулемет "тип 2" - базовая модель;
G4M2B "модель 25" - второй G4M2A "модели 24", переделанный под двигатели MK4V "Кассй"-27 мощностью 1795 л.с.;