Первое боевое применение морского палубного ударного бомбардировщика Тип 97 состоялось в конце 1938, когда они были использованы как самолеты сухопутного базирования для поддержки Армии в Китае в районе Ханькоу. Осенью 1940 по соглашению с правительством Виши японские войска были переброшены в Индокитай и небольшое число B5N2 действовало с французских аэродромов, совершая бомбардировочные вылеты против войск Чан Кайши.
«Кейты» использовались для атаки на Перл-Харбор. Первая волна атакующих самолетов включала 50 B5N, вооруженных бомбами и 40 B5N, вооруженных торпедами. Во второй волне было 54 B5N, действовавших, как бомбардировщики. Зафиксировано 30 % прямых попаданий у торпедоносцев и 27 % у бомбардировщиков. В Перл-Харборе было потеряно только 5 B5N.
5 апреля 1942 года 53 B5N были использованы как бомбардировщики для налета на британский порт Коломбо.
8 мая 1942 18 торпедоносцев Nakajima B5N участвовали в нанесении удара по американскому флоту в Коралловом море. Они добились 2-х попаданий торпед в авианосец Лексингтон.
В битве при Мидуэй Nakajima B5N участвовали в нанесении бомбового удара по атоллу. В воздух было поднято 36 B5N с авианосцев «Хирю» и «Сорю». Во время американской атаки на авианосцы «Акаги» и «Кага» было уничтожено 36 B5N, стоящих на полетной палубе. 10 торпедоносцев B5N под командованием лейтенанта Томонага участвовали во втором налете на авианосец «Йорктаун», они добились 2-х точных попаданий.
В августе 1942 началось сражение у восточных Соломоновых островов. В начале сражения японский флот имел 45 самолетов B5N. 23 августа 6 B5N совершили налет на аэродром Гендерсона, при этом было потеряно 4 самолета.
26 октября 1942 B5N использовались в бою у островов Санта-Крус. Они атаковали американский флот двумя волнами — 18 торпедоносцев с «Дзуйкаку» и 12 торпедоносцев с «Секаку». Они добились двух попаданий торпед в авианосец «Хорнет». Несколько позже группа из 9 B5N атаковала авианосец «Энтерпрайз» и тяжело повредила его тремя торпедами.
1 апреля 1943 года в операции «I-go» участвовало всего 5 самолетов B5N.
В ноябре 1943 года B5N участвовали в налетах на американские войска, высадившиеся не побережье Бугенвиля. В первом налете участвовало 9 B5N, во втором (5 ноября) 18 B5N, в третьем — 14 B5N, причем все они погибли во время этого налета.
Фактически, с начала 1943 года самолеты B5N перестали использоваться в качестве палубной авиации и были переведены в Рабаул. Их заменили Nakajima B6N «Tenzan».
7 B5N приняли участие в бою у острова Трук 17-18 февраля 1944 года. Им удалось выйти к американской эскадре и добиться одного попадания в авианосец «Интрепид», после чего авианосец был вынужден уйти в Сан-Франциско для ремонта(вернулся в строй в июне). Все семь торпедоносцев благополучно вернулись на базу.
20 июня 1944 во время битвы у Марианских островов японский флот имел 12 самолетов B5N. После сражения оставшиеся самолеты B5N вывели из состава боевых частей и использовали как учебный или для патрулирования. Несколько машин использовались в качестве самолетов-камикадзе во время боев за Окинаву.
Около 20 B5N дислоцировались на Хоккайдо и Курилах. 18 августа 1945 года четырём B5N2 удалось потопить советский тральщик. Это была последняя операция B5N во Второй мировой войне.
