El primer prototipo del Nakajima G5N1 Shinzan realizó su vuelo inaugural el 8 de abril de 1941. Sin embargo, su rendimiento general resultó decepcionante debido a la combinación de un peso excesivo, la baja potencia de los motores Mitsubishi Kasei MK4B de 1540 hp, y la complejidad del diseño.
Solo se completó un prototipo adicional. En un intento por rescatar el proyecto, se construyeron cuatro fuselajes adicionales, equipados con motores Nakajima NK7A Mamori 11 de 1.870 hp y redesignados como G5N2. Si bien los motores Nakajima eran más potentes que los Kasei, su falta de fiabilidad y el aumento de peso de la aeronave llevaron a la interrupción de su desarrollo.
El armamento defensivo constaba de dos cañones automáticos Tipo 99 Modelo 1 de 20 mm (uno en una torreta dorsal de accionamiento eléctrico y otro en una torreta de cola), además de ametralladoras Tipo 92 de 7,7 mm de montaje único y accionamiento manual en las posiciones de proa, ventral y lateral.
Pero la guerra en el Pacífico había comenzado, y Japón ya no tenía oportunidades de realizar bombardeos estratégicos, especialmente con un avión tan vulnerable. Además, los ingenieros japoneses carecían de experiencia en el diseño y desarrollo de aeronaves de gran tamaño; la producción finalizó tras cuatro ejemplares, que fueron desplegados en la retaguardia y utilizados como transportes.
La Armada Imperial Japonesa, que buscaba un bombardero pesado, adquirió el único prototipo del DC-4E norteamericano, y lo utilizó como base para su propio proyecto. La compañía Mitsubishi inició el estudio, pero encontró dificultades y su capacidad operativa se vio al límite. El programa se confió entonces a Nakajima a principios de 1939, y un año después se completó el prototipo. Se trataba de un avión de cuatro motores, doble cola, totalmente metálico y con flaps recubiertos de tela. La configuración de ala media, la disposición de los motores y el tren de aterrizaje triciclo retráctil eran idénticos a los del DC-4E.
Los aviones G5N2-L se utilizaron como aviones de transporte casi hasta el final de la guerra. Volaban en las rutas que conectaban las islas japonesas con Hong Kong, Taiwán, Filipinas, Tinian y las Islas Marianas. Entre 1944 y 1945, se perdieron dos aeronaves.
Entre las variantes se encuentran el bombardero de ataque terrestre experimental tipo 13 G5N1 Shinzan. Dos construidos. Producción de prueba del G5N2 Shinzan Kai. Prototipo suplementario, se construyeron cuatro. Transporte de largo alcance convertido por la Armada. Dos G5N1 y ambos G5N2 fueron reconstruidos como G5N2-L en 1943. Todas las aeronaves fueron desplegadas en el 1021.er Kōkutai, Base Aérea de Katori.
Ki-68. Fue un prototipo de bombardero del Ejército, versión del G5N1. Se planearon motores Mitsubishi Ha-101, Ha-104, Ha-107, Nakajima Ha-39 o Ha-103. Su desarrollo se interrumpió en 1941. Ki-85, versión propuesta para bombarderos del Ejército, basada en el G5N1. Equipado con cuatro motores Mitsubishi Ha-111M. Se construyó una maqueta a escala real en 1942, cuyo desarrollo se interrumpió en mayo de 1943.
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