對於中村設計師來說，13試陸戰最令人頭疼的莫過於軍方對於機動性的無理要求。經過計算，中村勝治得出結論，13試陸戰要想具備還算過得去的水平機動性，翼麵積起碼要達到40平方米。這個數值甚至遠遠超過了陸軍的Ki-45。翼型方麵，當時中島飛機公司已經研製出了失速性能良好的NN翼型，並成功的應用於陸軍的Ki-44戰鬥機上，所以中村勝治也在13試陸戰上采用了這樣的翼型。當然較大的機翼也有好處，那就是機翼內空間大，可以允許配置更大的機翼油箱，於是航程的問題解決了。
曾經在海軍的96式和零式艦戰以及陸軍的97式戰鬥機上得到成功應用的扭轉式機翼前緣被取消了，代之以前緣富勒襟翼。機翼內部設有一根主翼梁。主翼梁被左右翼段和中心翼盒隔成三段。與零戰一樣，13試陸戰的翼梁采用了最新的超硬鋁合金。機翼內共設有5個油箱，載油量2210升。
飛機的動力部分預定采用兩台中島榮21型發動機。考慮到13陸戰是雙發飛機，左右兩台發動機應該盡量不同向旋轉，而榮21型發動機是自左向右順時針旋轉的，所以公司方麵修改了榮21型發動機的減速機構，使之可以改為向左旋轉。經過改進後的發動機被命名為榮22型。以後的13試陸戰就是左側安裝標準的榮21型發動機，右側安裝反方向旋轉的榮22型發動機。
13試陸戰的機身全長11.40米，機身橫斷麵接近於橢圓形。機身由4道大型縱梁和32橫向框架所構成。橫向框架由傳統的航空鋁材製成，縱向框架與翼梁一樣采用了超硬鋁合金。在機身前部設有乘員座艙，自前向後分別為駕駛員、偵查員（日本軍語中的航空偵察員負責領航、觀察等任務，按照我國的標準實際上指的是領航員）和電信員坐席。
13試陸戰的主要武器為機頭中央處的1門20毫米機炮和上方的兩挺7.7毫米機槍。與同期BF-110的兩門20毫米機炮、4挺7.92毫米機槍的主火力相比，前向火力偏弱，相當對不起雙發戰鬥機的充裕機頭空間。
在初始設計中，機身後方布置有4挺7.7毫米機槍，後期又在機身腹部增加了一挺由電信員手動操縱的機槍，由5挺7.7毫米機槍所組成的後半球火力算是相當強悍了。位於機身後上方的4挺7.7毫米機槍的布置方式相當別致。4挺97式7.7毫米機槍兩兩安裝在位於飛機脊背上的兩座前後布置的雙聯裝遙控動力機槍塔內，通過電纜與偵查員的操控台相連接，實現遙控射擊。這4挺機槍的射擊範圍為-10度到正60度，左右各60度。
這兩座機槍塔看起來與傳統的作戰飛機後方自衛機槍大相徑庭，倒是和海軍作戰艦艇的主炮布置方式相當近似。其實軍方也不是不明白以當時的技術條件，要想製造出一架可以與12試艦戰機動性能相當的雙發三座戰鬥機到底有多大可行性。研製這樣一套複雜的後向自衛機槍係統很大程度上就是因為在空中格鬥中，機動性處於劣勢13試陸戰將難以避免被敵機追尾攻擊，有著這樣一套火力猛烈有效的遙控動力機槍塔，就可以很大程度上削弱敵戰鬥機的機動性優勢，甚至更進一步有可能使後半球成為誘敵上鉤的陷阱。後來在試飛中，13試陸戰的機動性明顯不合格，一向對此非常苛刻的軍方也非常難得的默認了這個缺陷，很大程度上也是因為這套動力遙控機槍塔的存在，說此時13試陸戰的價值主要就是體現在這個動力遙控機槍塔上也並不為過。比較麻煩的是，這套遙控動力機槍塔係統當時尚在海軍航空廠研製中，到底是什麼樣子有多重中島飛機公司完全不摸底，這給飛機在試製階段製造了很多困難。
設計工作緊張進行了一個多月，就在13試陸戰的木質全尺寸實體模型樣機接近於完成時，由於疲勞過度，中村勝治項目主任一病不起，不得不離開崗位。13試陸戰的設計工作轉由設計師大野和男負責。有趣的是，在當時日本的幾個大型航空工業企業中，充滿了東京帝國大學航空學科的畢業生，偏偏新啟用的大野和男卻是東大建築學科畢業的，此前在中島飛機公司主要從事飛機材料方麵工作，到當年8月才剛剛調入設計部門。
以後的工作中，大野設計主任也完全沒有辜負公司方麵對他的期待。12月26日，13試陸戰的木質全尺寸實體模型樣機完成，接受軍方的審核。在觀看模型時，一名海航高級軍官隨口問了大野一個問題：“如果飛機的座艙蓋飛掉了，估計最大速度會降低多少？”大野緊張計算了一下，便回答：“20節左右。”以後的實際試飛中，關閉座艙蓋時13試陸戰的最大速度為280節，開啟座艙蓋時為260節，大野的估算相當準確。