自動操縦装置は米国スペリー式、帰投方位測定機は独テレフンケン社製を採用した。

エルロンはユンカース二重翼式で主翼に対し一段下げた位置にあり隙間がある。全幅の約70%を占めフラップとしても使えるように設計されていたが、7号機から内翼にスプリットフラップが追加され、18号機以降は補助翼角度変更装置が固定されている[10]。

水平／垂直尾翼も二重翼式とされ、安定板と舵面が別々の翼型で構成されているがエルロンのような隙間はない[11]。

左右のエンジンは上面図で3度外向き[12]に装備され、片発停止の機首偏向時にプロペラ回転面が正面を向くと共に、プロペラ後流が双垂直尾翼の片方を覆い、機首偏向をやわらげ、方向舵の効きを高める位置関係になっている。

ただし、この双尾翼を見て敵機（PV-1）と間違われ、陸軍の一式戦に撃墜される事故も発生している[13]。
戦歴爆装して編隊飛行を行う九六式陸上攻撃機。

日中戦争では航続性能を生かし、設計本来の目的ではない対地爆撃に多用された。まず台湾や九州の基地を発進し、東シナ海を越えて第二次上海事変で孤立した現地部隊を支援する爆撃を行い、帰還した。これは渡洋爆撃として国内に大きく宣伝され名を挙げた一方で、敵戦闘機に撃墜されるなど、初期から被害も多かった。その後、基地が中国本土に進むと、中国奥地の漢口や重慶等の都市を爆撃した。当時は欧米諸国が本格的な単葉戦闘機を中国はじめ各国に売り込んでいたことから、1937年（昭和12年）8月20日に南京を空襲した際には、P-26ピーシューターの迎撃を受け、敵損害なしで6機が撃墜されるなど損害が続出していたが、随伴できる護衛戦闘機は存在しなかった。このため、長距離飛行が可能な戦闘機の必要性が真剣に検討され、十三試双発陸上戦闘機、後の月光の誕生につながった。

なお零戦も陸攻の護衛に活用されたが、結果に過ぎず、零戦が長距離護衛のために開発されたとする俗説は誤りである。

太平洋戦争前の1941年（昭和16年）4月から6月まで、機銃を降ろして（空中写真用）大型写真機を搭載し国籍を判らなくした二三型3機により、A作戦と称した東南アジア各地やグアムの隠密偵察が行われた[14]。

太平洋戦争では、同年12月8日の開戦当日から連日　台湾を発進してフィリピンのアメリカ軍飛行場を爆撃し、短期間にアメリカの航空戦力を壊滅させた。さらに12月10日のマレー沖海戦では、一式陸上攻撃機と協同でイギリスの戦艦プリンス・オブ・ウェールズと巡洋戦艦レパルスを撃沈し、戦艦に対する航空優位を印象付けた。

しかし、1942年（昭和17年）2月のジャワ沖海戦では魚雷が間に合わず、大きな戦果を上げられなかった。また、5月の珊瑚海海戦では敵艦に命中弾を与えることが出来ず、効果的な対艦攻撃は出来なかった。1943年（昭和18年）1月のレンネル島沖海戦では夜間雷撃を成功させ、シカゴに2本、ウィチタとルイビルに各1本（共に不発）の魚雷を命中させている。なお、「空の神兵」として国民に広く知られる事となる日本海軍空挺部隊を運搬したのも、九六式陸攻の輸送機版である九六式陸上輸送機である。1942年（昭和17年）1月11日にセレベス島のメナドに二波408人を降下させたのは延べ45機、2月20日に西ティモールのクパンへ二次に渡り700人を降下させたのは28機の九六陸輸であった。

その後は徐々に第一線を後継機に譲り、輸送などの後方任務につくことが多かったが、末期には老朽を押して東海実用化までのつなぎとして電探とKMX磁気探知機を搭載した対潜哨戒機として用いられ、アメリカ海軍の潜水艦を、雷撃ではなく爆撃で撃沈したり、練習航空隊で使われていた機が夜間雷撃を行うなど、再び一線に立った機体もまた、少なくなかった。
形式漢口空襲に参加する二一型。銃座が胴体上面の2基のみである。元山航空隊所属の二二型。後方銃座がブリスター型の大型銃座1基となり、側面銃座が追加された。
試作型
八試特殊偵察機（G1M1）
九六陸攻の基になった機体。社内名称「カ-9」。偵察機とされるが、実質的には研究機だった。広廠「九一式」水冷Ｗ型12気筒500馬力発動機を搭載、日本初の自動操縦装置と引き込み脚を装備していた。胴体形状は九六式陸攻とはかなり異なる。後に7.7mm旋回機銃2挺を追加装備し、名称が「八試中型攻撃機」に変更されている。地上滑走中に事故を起こした後に発動機を950馬力の三菱「震天」空冷複列星型14気筒に換装し、最高速度が293km/hに向上した。1機生産。短時間で開発するため操縦系統にはユンカースの標準部品を流用したところ、操縦装置の剛性が不十分なのにかえって操縦性がきわめてよいという結果を出し、これを元に九六式艦上戦闘機二号二型にあえて操縦索を伸び易いものにする「剛性低下式操縦索」を採用、零式艦上戦闘機では初期型から昇降舵に用いられた[15]。
九試中型陸上攻撃機（甲案型）
八試特偵を基にして尾翼胴体を再設計し操縦席が正副並列式に改められ、銃座と魚雷・爆弾搭載装置が搭載された陸攻型。甲案・乙案ともに社内名称は「カ-15」。偵察席が操縦席後方にある。1、2、5、6号機は九一式水冷600馬力を装備し、3、4号機は三菱「金星」二型空冷680馬力を装備している。プロペラはNW116木製4翅固定ピッチ。6機生産。
九試中型陸上攻撃機（丙案型）
偵察員席が操縦席より前に配置され、機首に透明銃座を設けた。甲案に比べ機首が短縮され、操縦席の風防は盛り上がった形になっている。7?10号機・12?21号機の発動機は｢金星｣二型を装備し、プロペラはNW126木製4翅固定ピッチ。11号機は修理の際に発動機を「金星」三型を換装し、プロペラも金属製3翅可変ピッチとされた。15機生産。
基本型
九六式陸上攻撃機一一型（G3M1）
甲案型を採用した量産型。発動機は金星三型でカウルフラップが追加された。3翅可変ピッチプロペラ装備。後方視界向上のため、胴体上部と操縦席風防が丸みを持つ断面形状に変更された。34機生産。
九六式陸上攻撃機二一型（G3M2）
2機目（57号機）から主翼後縁の外板を波板から平板に変更[16]、発動機を「金星」四二型に換装しプロペラ直径を3.20mに変更したもの。343機生産。航行する二二型
九六式陸上攻撃機二二型（G3M2）
戦訓を取り入れた武装強化型で、胴体上面の後方銃座をブリスター型銃座の20mm旋回機銃1挺に改め、胴体側面に7.7mm旋回機銃各1挺を装備したブリスター型銃座が新設された武装強化型。胴体下方の垂下筒は廃止され、411号機以降は胴体下面の段がなくなり下方銃の支基が設けられた。これら武装強化に伴い乗員が7名に増えている。また後期生産型の79機は金星四五型を装備している。38機生産。
九六式陸上攻撃機二三型（G3M3）
整備兵に見送られつつ離陸する二三型「金星」五一型装備の最終生産型で全機中島飛行機で生産された。発動機の強化に伴い燃料搭載量も5,182リットルに増加された。412機生産。
輸送機型

1939年（昭和14年）に九六式陸攻二一型を元に燃料・滑油タンクの増設と武装の削減、機内に8?10人分の座席を備える客室設置などの改造を行った機体を、海軍では九六式陸上輸送機として採用、同様の改造は一一型に対しても実施され、後年には落下傘部隊用の特殊輸送機へ改造したものも登場した。

九六式陸上輸送機は民間でも三菱式双発輸送機として大日本航空や各新聞社で輸送や連絡に用いられた。これらの中には世界一周飛行を行ったニッポン号など、日本から各国への長距離飛行に供されたものがあった。
九六式陸上輸送機一一型（L3Y1）
九六式陸上攻撃機一一型、同二一型から改造。発動機は金星四二型ないし四五型を標準とした。
九六式陸上輸送機二一型（L3Y2）
客室内部を落下傘部隊用に改造、胴体下面には装備品の梱包を搭載可能とした機体。
三菱式双発輸送機
軍用型から一部の艤装を変更して武装を全廃、乗客定員4?8人の旅客機、もしくは貨物輸送機としたもの。

長距離飛行を行った三菱式双発輸送機の例としては以下のようなものがあった[17][18]。