Опытный Ki-27 был поднят в небо с аэродрома Одзима 15 октября 1936 г. Затем около года шли конкурсные и армейские испытания, по итогам которых в конце 1937 г. было принято решение о запуске истребителя в серийное производство. Оно было налажено на заводе «Манею хикоки сейзо К.К.» в Харбине.
Первым в июле следующего года новую машину получил на вооружение 59-й истребительный сэнтай (эскадрилья). Затем по мере поступления новых Ki-27 были сформированы 4, 5, 11, 13 и 64-я эскадрильи. В ходе серийного производства модификацию Ki-27 сменила Ki-27b, отличавшаяся новым фонарем кабины с круговым обзором и переделанным маслорадиатором. Под центропланом теперь можно было подвесить четыре 25-кг бомбы либо два 130-литровых дополнительных сбрасываемых бака.
Между тем советское командование, видимо осведомленное о боеспособности 70-го иап, а также о применении японцами новейшего истребителя, уже 23 мая решило послать к Халхин-Голу подкрепления. Из Забайкалья на аэродром Баин-Тумэн был переброшен 22-й иап майора Глазыкина, насчитывающий 35 И-15 бис и 28 И-16 тип 5 [9] . Японцы тоже усилились, дополнительно перебросив в район конфликта 11-ю эскадрилью (20 Ki-27).
27 мая И-16 из 22-го полка впервые участвовали в воздушном бою. Шестерка «ишаков» во главе со старшим лейтенантом Черенковым в районе озера Буин-Нур на высоте 2000 м встретилась с девяткой Ki-27. Численное превосходство противника усугубилось тем, что советские летчики, не имевшие никакой практики полетов в строю, летели в «свободном построении», то есть каждый сам по себе. Это дало возможность японцам атаковать каждый И-16 поодиночке. В результате без потерь со своей стороны «самураи» сбили два истребителя, еще один разбился во время вынужденной посадки. Один летчик погиб, двое получили ранения [10] .
Подвела и матчасть. Первоначально в вылете должны были участвовать семь «ишаков», однако один вынужден был вскоре вернуться обратно. « Признаться, война на Халхин-Голе началась для нас неудачно, – вспоминал летчик 22-го иап Георгий Приймук. – Мы, по существу, были к ней не готовы. Первый бой, состоявшийся 27 мая, наша эскадрилья проиграла вчистую – мы еще не умели вести атаку, да и материальная часть оказалась неисправной.
Только взлетели, у моего двигателя отказала тяга – винт вращается вхолостую, самолет, сломав строй, начинает отставать от эскадрильи; я попытался увеличить обороты, но мотор остановился намертво. Пришлось идти на вынужденную посадку. Выпрыгиваю из кабины, осматриваю свой И-16 – никаких повреждений незаметно, только капот двигателя и нижняя поверхность центроплана забрызганы маслом. Хорошо хоть, аэродром рядом – пригнали оттуда машину-пускач, взяли мой самолет на буксир и притащили обратно. Вскоре вернулись и остальные истребители эскадрильи – так что, можно сказать, наш первый вылет закончился, едва начавшись. Я пошел докладывать о неисправности командиру – тот меня облаял, хотя моей вины в остановке мотора не было» [11] .
Впрочем, И-16 Приймука оказался не единственным, чей полет прервался из-за неисправностей. «Долго ждать не пришлось – уже минут через 20 на аэродром вернулся первый из наших истребителей, – продолжал он свой рассказ. – Смотрю, и у него капот мотора забрызган маслом. Из кабины вылезает Саша Мурмылов и матерится вовсю – на его самолете обнаружилась та же неисправность, что и на моем: мотор не тянет, винт вращается вхолостую. Спрашиваю: самураев встретили? Тут уж он совсем осатанел – оказывается, когда он нагнал японцев, тех уже было не трое, а больше дюжины, а наших вокруг никого; японцы навалились на него всей группой, сверху, прижали к земле, так что он чудом вывернулся и еле-еле оторвался от преследования; тут еще и мотор забарахлил – случись это минутой раньше, когда он еще не вышел из боя, ему бы точно крышка, а так он умудрился дотянуть до аэродрома» .
В этот день у командования 57-го особого корпуса состоялся неприятный разговор по прямому проводу с наркомом обороны маршалом Климентом Ворошиловым, который высказал «большое неудовлетворение» высокими потерями советской авиации.
Однако одним «неудовлетворением» ситуацию изменить было нельзя. Еще хуже сложились дела у бипланов И-15. 28 мая японская авиация уже практически господствовала в воздухе, нанося удары по советским и монгольским войскам. В связи с этим командование приказало утром поднять в воздух хотя бы 20 истребителей. Но из-за неисправностей удалось взлететь только трем И-15бис. Все они были сбиты японцами, а их пилоты Вознесенский, Иванченко и Чекмарев погибли…
Через два часа после этого «сражения» девять бипланов взлетели с аэродрома Тамсак-Булак, чтобы прикрыть переправу через Халхин-Гол. Здесь их и встретили 18 Ki-27. В завязавшемся ожесточенном воздушном бою семь советских истребителей были сбиты, еще два получили сильные повреждения. При этом пять летчиков погибли, остальным удалось приземлиться на парашютах.