Ki-48-II otsu

機体は、全金属製の中翼単葉機で、主脚と尾脚は共に引込式。搭載される爆弾は全て胴体下部の爆弾倉に収納されるため、胴体の前半分は太く設計されているが、後半部から急激に細くなっており、この「くびれ」の段差部に下方銃座が設置されているのが外観上の特徴となっている。また、機体の製造には沈頭鋲が用いられ、機体全体が平滑に仕上げられた。
本機の主翼の基本設計は大変優れており、先行して開発されていたが失敗作の気配が濃厚だった同社の試作双発戦闘機キ45に流用することにより、キ45改（二式複座戦闘機「屠龍」）として制式採用される原動力となった。なお、本機とキ45改とは多くの部品を共通化しており生産設備も小変更だけで流用可能で、キ45改の生産性の向上に貢献した。主翼の構造は、キ45改の後継機キ96、キ102、キ108にも小変更のみで受け継がれており、川崎双発戦闘機の原点ともいえる優秀な設計だった。
乗員は、操縦者・無線手・射手（2名）の計4名。操縦席と無線手席は機体中心より左側に寄せて設けられ、右側は前部銃座から後部銃座まで30cmほどの幅の通路となっていた。

制式採用の1ヶ月後には、本機のエンジンをより強力なハ115に換装した改良型の試作が始まった。ハ115の完成の遅延のため試作機の完成は1942年（昭和17年）2月となったが、最大速度と上昇力の向上が見られたため、翌1943年（昭和18年）2月に九九式双発軽爆撃機二型（キ48-II）として制式採用され、それまでのハ25搭載型は九九式双発軽爆撃機一型（キ48-I）と呼ばれた。二型は実戦部隊からの要望と、ドイツ空軍の急降下爆撃の効果に影響を受け、急降下が可能な機体強度を持っていたが、エアブレーキ（ダイブブレーキ）が開発中だったため当初の生産型である二型甲（キ48-II甲）はエアブレーキを装備していなかった。その後、主翼両翼下部にキ66急降下爆撃機で試験したスノコ状のエアブレーキを装備して急降下爆撃を可能にして、機体各部を改修した二型乙（キ48-II乙）と、二型甲の防御武装を強化した二型丙（キ48-II丙）が開発された。降下角度は60度を目標にしていたが、戦訓を採り入れ50度程度で十分とされた。二型乙は、1943年（昭和18年）8月以降の主力生産型となった。また、1940年（昭和15年）には指揮官機として武装を強化したキ81も計画されたが、試作中止となっている。
制式採用されて以来、その良好な操縦性や稼働率の高さから、実戦部隊では九七式軽爆撃機や九八式軽爆撃機よりも概ね好評をもって迎えられ、主に重爆撃機の使用不能な最前線の小規模飛行場で使用された。急降下爆撃が可能とされたのは改良型の二型乙からだが、ダイブブレーキの装備されていない一型でも急降下爆撃を敢行したこともあった。しかし元々設計時に重視されていなかったとは言え、爆弾搭載量が単発機と同程度だったため、苦労して敵陣上空へ進入してもあまり効果的な攻撃ができなかったと言われる。また、速度重視で設計された機体ではあったが、大戦中盤以降は旧式化し、飛躍的に速度性能が向上した敵戦闘機に容易に捕捉され、撃墜されるようになっていく。本機の損害が急激に増大していき生還が期待出来なくなると、二式複戦が軽爆撃機・戦闘爆撃機・襲撃機として代わりに使用されるようになる。対ソ戦を意識して開発された機体だが、太平洋戦争中は大陸のみならず孤島の南方戦線へも派遣された。その生産数の多さから陸軍のあらゆる航空作戦に投入され、当初想定されていなかった運用にも対応し、全戦線で活躍した。大戦後期のビルマ戦線や中国戦線方面では、重爆撃機戦隊の不在・不足の中で長距離爆撃にも本機を使用するため、防御武装を全廃し、乗員も2 - 3名に削減の上、機内に200リットル増設燃料タンク1 - 3基を設置する改装を施された特別仕様機が夜間爆撃任務専用に投入された。1944年（昭和19年）後半には、胴体に800 kg爆弾を内蔵して機首に触発信管を装備した特攻機型（キ48「と」号機）であるキ48-II乙改が11機製造され、フィリピン方面に投入されるも、戦果はないまま通常型への再改造が行われている。なお、キ48-II乙改には「キ174」という計画番号が与えられたとする資料もあるが、公式な「キ174」は未着手に終わった立川飛行機製の軽爆撃機となっている。
アメリカ軍の当機に対する評価はかなり低く、爆弾搭載量が少ない上に、防御火器が貧弱、燃料タンクに出火対策がされていない、主翼直後の胴体中央部に被弾すると一気に炎上する機体構造になっている、と九七式重爆撃機二型や一〇〇式重爆撃機（共に中島飛行機製）と比べて脆弱な目標とされており、海軍の速度重視で防弾がほとんど無かった零式艦上戦闘機と比べても、悪く見られている（爆撃機であるがゆえに戦闘機よりも遅く、機体が大きい為か）。