Все Ki-27, покидавшие заводские цеха, целиком красились в светлый серо-зеленый цвет согласно стандартной схеме окраски, принятой IJAAF в 1937 году. Японские опознавательные знаки Хиномару (Солнечный диск) наносили только на верхнюю и нижнюю поверхности крыла. Отказались от нанесения Хиномару на фюзеляж, название типа самолета больше не наносилось на руль направления, исчез индивидуальный номер с фюзеляжа. Вместо этого ввели обозначения подразделений (для Чутаев и Сен-таев), которые могли представлять собой окрашенные в какой-либо цвет (обычно красный, синий, белый, желтый или зеленый) части самолета (например, руль), цветные полосы, символы в виде молний или других фигур, наносившиеся обычно на руль направления или фюзеляж. Со временем эти обозначения стали эмблемами подразделений и сохранились даже после снятия Ki-27 с вооружения.
Многие Ki-27 того периода несли персональные эмблемы пилотов в виде иероглифов кана на руле, обычно это была первая буква имени или фамилии летчика. Некоторые самолеты несли дарственные надписи (называемые айкоку), наносившиеся иероглифами канджи на фюзеляже перед горизонтальным оперением. Обычно они были черного цвета и читались "Айкоку XXX (YYY)", где XXX - порядковый номер арабскими цифрами, a YYY - имя дарителя.
В ходе войны в Китае в конце 30-х годов действовавшие там самолеты получили камуфляж на верхней поверхности фюзеляжа, крыле и горизонтальном оперении. Иногда камуфляж наносился только на крыло и верхнюю поверхность горизонтального оперения, в то время, как фюзеляж и вертикальное оперение оставались в заводской окраске. Эта схема, известная в литературе под названием "китайский камуфляж", состояла из больших нерегулярных пятен двух, трех и даже четырех цветов. Обычно использовались различные комбинации зеленого (например, темно-зеленый и оливко-во-зеленый) и коричневого (темно-коричневый, охра) цветов, иногда оставались незакрашенные места в заводской окраске. Камуфляж наносился в полевых условиях, так что единой схемы не существовало, хотя было несколько попыток стандартизации.
"Китайский камуфляж" использовался в основном на больших и тихоходных самолетах (таких, как бомбардировщики и разведчики), но его несли и некоторые Ki-27. На части самолетов он сохранялся и на первом этапе Второй Мировой войны (в Индокитае, Малайе, Бирме и на Филиппинах)
В конце 30-х годов все боевые самолеты IJAAF, действовавшие в "районах конфликтов" (тогда это означало Китай и Маньчжурию), включая Ki-27, получили узкую полосу в хвостовой части фюзеляжа, перед хвостовым оперением. В литературе это известно как "боевая полоса" или "боевая маркировка" (японское "сенши хйосики"). Поскольку бои тогда велись только в Китае, эта полоса стала своего рода "маркировкой театра боевых действий", она служила для быстрой идентификации своих самолетов. Введение полосы по времени совпало с отказом от нанесения знаков национальной принадлежности на фюзеляж, но неизвестно, связаны ли между собой эти факты. Белая полоса использовалась ещё в 1942 году, а на некоторых самолетах она возможно сохранилась до конца войны В 1942 году восстановили нанесение знаков Хиномару на фюзеляж самолетов IJAAF, хотя выпущенные прежде самолеты это не очень затронуло - самолеты со знаком национальной принадлежности только на крыле можно было увидеть и в 1944 году. Знаки наносились на фюзеляж между кабиной и хвостом, ближе к последнему. На камуфлированных самолетах Хиномару мог быть обведен белым цветом, но это не было правилом.
С середины 1942 года, после апрельского налета В-25 на Японские острова, истребители частей местной ПВО (Хондо Боей Бутай) стали нести Хиномару на фоне широких белых кругов на фюзеляже и крыле, что стало характерным отличием этих частей. В тоже время ввели окраску передней кромки крыла в красный цвет (от корня, по направлению к законцовкам). Первыми подразделениями, получившими такую окраску (известную как "маркировка защиты дома"), стали 244-й и 246-й Сентаи. После того, как красный цвет через некоторое время заменили желтым, такая окраска стала обязательной для всех самолетов IJAAF.
Учебные Ki-79 были первоначально окрашены по стандартной для всех японских учебных самолетов схеме - целиком в темно-желтый (желто-оранжевый) цвет. Иногда верхняя часть фюзеляжа перед и вокруг кабины (а зачастую капот целиком) окрашивалась в черный или темно-зеленый цвет, чтобы избежать появления бликов. Позже, когда даже тыловые аэродромы японцев стали целями воздушных налетов авиации Союзников, верхние поверхности стали красить в темно-зеленый цвет, оставив желтый только на нижних. К концу войны желтый цвет стали заменять светлым серо-зеленым или вообще оставлять нижние поверхности неокрашенными.
Чтобы предотвратить появление коррозии, интерьер кабины и внутренняя конструкция самолета покрывалась защитным лаком, обычно прозрачным, но иногда он имел зеленоватый или сине-зеленый оттенок. Панель приборов обычно красилась в те же цвета, что и кабина, но могла быть черной, хаки, зеленой, серой или темно сине-зеленой. Начиная с 1944 года внутренние поверхности, включая кабину, перестали окрашивать.
Первоначально лопасти винта оставляли цвета полированного металла с предупредительными коричнево-красными полосами на концах. С тыльной стороны лопасти красились в матовый черный цвет, позднее стали использовать коричневый и красно-коричневый (чайный) цвета. В 1942 году последний оттенок стал чаще всего применяться для этих целей. Тогда же начали красить лицевую часть лопастей, а предупредительные полосы уже желтого цвета стали наноситься также с тыльной стороны лопастей. Исключение составляли самолеты 244-го (вероятно и 246-го) Сентая, винты которых одно время были окрашены в красный цвет с обеих сторон.
Сверху в корневой части левого крыла был накрашен так называемый "проход". Заводская окраска дополнялась табличкой с паспортными данными самолета: названием модификации, датой выпуска и серийным номером. Обычно она наносилась на борт фюзеляжа перед хвостовым оперением. Присутствовала также различная "техничка" - информация. Инструкции и предупреждения, которые наносились иероглифами канджи или кана черного, белого и красного цвета. Надписи, стершиеся в процессе эксплуатации, обычно не восстанавливались.