外地では稼働率の低さに泣かされ、目立った戦果を上げられなかった三式戦闘機だが、１９４４（昭和１９）年１２月以降の本土防空戦では、東京・調布飛行場を本拠にした飛行第２４４戦隊が、Ｂ２９爆撃機を１６０機撃破（うち撃墜は７０機）し、三式戦闘機の高性能を実証した。２４４戦隊では、川崎航空機から技術者を呼び寄せて隊付き整備員の技術を向上させ、ハ４０エンジンの高い稼働率を実現。機体から防弾鋼板や無線機、武装の一部などを取り外して軽量化し、上昇力をカタログスペックよりも上げて超高空を飛来するＢ２９に立ち向かった。 　一方、川崎航空機では４４（昭和１９）年の秋、ハ４０の不調に見切りを付け、生産ラインを性能向上型エンジン「ハ１４０」を搭載した二型改に切り替えていた。ところが、頼みのハ１４０は技術的な問題が収拾できなくなり、生産がまったく進まなくなってしまった。川崎航空機の工場には、エンジンを搭載していない「首なし」の機体が集積される状態となり、同年中に三式戦闘機は生産中止になった。写真は、飛行２４４戦隊の戦隊長・小林照彦大尉の乗機だった三式戦闘機一型丁（米海軍提供）。４５（昭和２０）年１月２７日、この機体で出撃した小林大尉は、東京・八王子市上空でＢ２９に体当たり攻撃を行い撃墜した。なお、体当たりで三式戦闘機の機体は失われたが、小林大尉は脱出してパラシュート降下し、生還した