Однако нехватка сырья была не главной причиной отказа от применения реактивных патрубков. В основном это решение было обусловлено успехом, продемонстрированным новой модификацией G4M1 модель 12. Его появление было связано с попыткой устранения еще одного недостатка G4M1 модель 11, заключавшегося в уязвимости самолета от огня среднекалиберной зенитной артиллерии, выше зоны досягаемости которой он не мог подниматься из-за недостаточной высотности двигателей. Особенно ярко это проявилось во время длительных боев за остров Коррехидор, когда в ходе ударов по объектам этой американской твердыни безвозвратные потери матчасти в авиагруппах даже при слабом истребительном противодействии оказались весьма значительными.
С целью решения этой проблемы 241 -й серийный G4M1 был доставлен во 2-й Авиационный арсенал ВМФ в Кисарацу, где полным ходом велись испытания только что разработанных звездообразных двигателей воздушного охлаждения Мк.4Е «Касей-15» развивавших 1410 л.с. на высоте 2600 м и 1280 л.с. на 6000 м. 9 февраля 1942 г., когда эта силовая установка была сертифицирована, поступил приказ на переоснащение бомбардировщика новыми моторами, а работам в этом направлении был присвоен высший приоритет, что вскоре и отразилось на темпах доводочных работ по оптимизации индивидуальных реактивных выхлопных патрубков.
Летные испытания прототипа начались в Йокосуке в апреле 1942 г. и, после ряда изменений воздухозаборников, были получены удовлетворительные результаты. Потолок при полной мощности двигателя достиг 9660 м, время подъема на высоту 7000 м сократилось на две с лишним минуты, а максимальная скорость на высоте 6000 м увеличилась соответственно с 428 до 452 км/ч. Эти достижения привели к тому, что двигатели «Касей-15» и изменения, связанные с ними, стали стандартными, и начиная с 406 самолета новые бомбардировщики стали обозначать G4M1 Модель 12.
Однако в действительности большинство летных характеристик почти не изменились по сравнению с моделью 11. Причина заключалась в заметно возросшей полетной массе модели 12, которая пошла на усиленние пассивной защиты. В частности, все топливные баки получили углекислотную систему пожаротушения, а начиная с 663 самолета их нижние стенки протектировались 30-мм листами трехслойной резины. Хотя объем баков удалось увеличить с 4780 до 5600 л, дальность полета (при крейсерской скорости 315 км/ч на высоте 3000 м) не только не возросла, но даже сократилась с 6034 до 5719 км. Еще одной внешней деталью позволяющей отличить новые машины от ранних стала измененная конструкция хвостового конуса, позволившая увеличить сектор обстрела кормовой 20-мм пушки.
Внедренные в модели 12 изменения улучшили живучесть самолета, но по сути являлись лишь временной мерой на период радикальной переработки базовой конструкции G4M, поскольку еще в ноябре 1941 г. командование флота запросило фирму «Мицубиси» о возможности замены пулемета калибра 7,71 мм в верхней фюзеляжной огневой точке на автоматическую 20-мм пушку и увеличения запаса топлива. Фактически эти технические условия привели к рождению новой модификации – G4M2.
Для инженеров авиакомпании с самого начала было очевидно, что установка более мощного вооружения в башне на гребне фюзеляжа и усиление некоторых элементов конструкции повлечет дальнейшее увеличение полетной массы самолета с неизбежным ухудшением аэродинамики и соответственно всех характеристик. С этой целью было решено использовать ламинарный профиль крыла МАС357 (результат работы профессора Токийского университета Ичиро Тани) хотя и обладавший большей относительной толщиной (15% вместо 12,5%) по сравнению с примененным ранее, но в то же время имевшим меньшее аэродинамическое сопротивление, обусловленное безотрывным обтеканием. С учетом возросшего на 20% объема топливных баков, небольшое увеличение веса конструкции самолета в глазах разработчиков и заказчиков выглядело сущей мелочью, тем более, что возросшая жесткость нового крыла позволила разместить баки в более удаленных от фюзеляжа, внешних частях консолей. После всех доработок общий объем бензобаков составил 6200 л, включая емкости с аэронавигационным запасом топлива на 960 л, расположенные за кабиной пилотов. Ретроспективно оценивая это «улучшение» (с учетом последовавших вскоре событий), приходится признать, что японские адмиралы, как, впрочем, и конструкторы, еще находились в плену предвоенных взглядов и плохо представляли качественный уровень противника, с которым вступили в противоборство.
Если в «сухом» виде масса самолета осталась почти неизменной, то полностью оснащенная машина с подвешенной торпедой Тип 91 Кай 7 потяжелела почти на 3000 кг (с 12.500 до 15.395 кг), что вызвало необходимость усиления шасси, а некоторый сдвиг центра тяжести машины вынудил увеличить площадь хвостового оперения. Компенсировать столь значительный рост веса можно было только за счет наращивания мощности силовой установки, основой для которой стал новый двигатель Мк.40 «Касей 21» с впрыском водно-метаноловой смеси (в каждой мото гондоле для нее установили 107-литровый бак). Мотор, вращавший четырехлопастный пропеллер изменяемого шага «Сумитомо»-VDM, развивал на взлете 1800 л.с. и 1410 л.с. на высоте 4800 м.
Экранированную турель, оснащенную гидроприводом, с установленной 20-мм пушкой Тип 99-1 разместили сверху фюзеляжа над задней кромкой крыла. Огневая точка имела круговой обстрел и угол возвышения до 80°. Стрелка, стоявшего на неподвижном поддоне, спереди защищал 10 мм броневой щит с отверстием для прицела. Менее значительные усовершенствования включали замену боковых блистеров стеклянными панелями, увеличение остекления передней части фюзеляжа, применение убирающегося хвостового колеса.
На третьем прототипе G4M2 установили выпуклые створки бомбоотсека, сдвигавшиеся при открывании внутрь фюзеляжа. У G4M1 створки создавали значительные проблемы – в открытом положении они имели значительное аэродинамическое сопротивление, часто заклинивали и их приходилось снимать. Новые створки, подтвердившие свою эффективность при испытаниях, начали устанавливать с 65 экземпляра G4M2.
Первый прототип G4M2 закончили 24 ноября 1942 г., но лишь 9 февраля 1943 г. он был передан флоту для официальных испытаний, в ходе которых выяснилось, что новый четырехлопастный винт «Сумитомо»-VDM ненадежен, поэтому до решения этой проблемы пришлось вернуться к прежнему трехлопастному «Сумитомо-Гамильтон». А первые G4M2 начали покидать сборочные цеха завода в Нагойе в июле 1943 г., но из-за недостаточного количества новых двигателей параллельно шло производство старой модели G4M1, выпуск которой завершился лишь в январе 1944 г. К этому времени выпуск новой модели был организован и на заводе Мицушима, в префектуре Окаяма. Обозначенный как «Ударный бомбардировщик берегового базирования Тип 1 модель 22», самолет получил новое, увеличенное окно для бомбового прицела, что повысило точность бомбометания, а с 275-й машины 7,71-мм пулеметы в боковых стрелковых точках были заменены пушками Тип 99-1. Бомбардировщики с таким вооружением получили обозначение модель 22а.
На модели 22Ь пушку Тип 99-1 в верхней башне заменили на Тип 99-2, отличавшуюся более высокой скорострельностью, новым патроном с увеличенной гильзой и несколько более тяжелым снарядом, имевшим увеличенную начальную скорость. 31 мая 1944 г. был изготовлен прототип усовершенствованного варианта G4M2 – модель 24 или G4M2A, отличавшейся от своего предшественника наличием нового двигателя Мк.4Т «Касей-25» с измененным передаточным числом редуктора, улучшенной системой подачи топлива и более плавной работой, по сравнению с «Касей 21». Его мощность на взлетном режиме составила 1825 л.с., 1680 л.с. мотор выдавал на высоте 2100 м и 1540 л.с. на 5500 м.
Надо сказать, модель 22 была весьма немногочисленна – завод в Мицушима изготовил лишь 55 экземпляров этой модификации, после чего началось производство модели 24. Выпускавшиеся заводом в Нагойя такие самолеты с 15-го по 29-й экземпляр имели в боковых стрелковых точках пушки Тип 99-1, а на следующем 171 экземпляре вместо пушек Тип 99-1 и пулеметов (за исключением носового у штурмана) смонтировали пушки Тип 99-2 (модель 24Ь). модель 24с имела в носовом блистере пулемет Тип 2 калибра 13,1 мм (аналог немецкого MG131) вместо пулемета калибра 7,71 мм и явилась наиболее многочисленной из всех машин модели 24.