1933年，日本海軍向三菱公司提出了設計一種陸基雙發遠程偵察機的要求，這種飛機被稱為八試特殊偵察機。
在外界看來，日本海軍在上一年開始研製九五式陸攻，第二年即順理成章開始研製配合陸攻作戰的「陸偵」。但實際上由於對九五式陸攻續航距離和載彈能力要求過於苛刻，結果成品笨重而緩慢，所以八試特偵只是打著偵察機的名號，其實是測試雙發中型飛機極限能力的研究機。
當時除了此前的九三式陸攻之外，三菱建造過的雙發大型海軍飛機就只有一架引進德國羅爾巴克（Rohrbach，該公司後來和其他航空企業合併，著名設計師庫爾特·譚克大學畢業後就在這家公司幹了4年試飛員）的水上飛機。但相應的陸軍飛機則包括引進德國容克斯設計的九二式巨型四發轟炸機、九三式雙發輕轟炸機以及自家設計的九三式重轟炸機。在此過程中，三菱引進了羅爾巴克、容克斯、布萊克本三家的金屬結構設計技術和大量技術文件，可博採眾家之長。特別是容克斯公司向三菱提供了技術樣本、設計規程、標準化技術乃至企業運營方法，使三菱的軟實力大上了一個臺階。日本海軍也命令廣工廠將九五式陸攻的結構資料發給三菱參考。
海軍對八試特偵的設計指標要求比較簡單，包括三名乘員在內，巡航速度達到222千米/小時以上，續航距離3330千米以上，要配備簡單的自動駕駛裝置。很顯然，這架飛機最主要的指標就是航程。
為此三菱啟用了時年32歲的本庄季郎為設計主管。此人已入職八年，此前曾參加陸軍九三式重爆和九三式雙發輕爆的設計，這是他的第一個獨立項目，也是第一次為海軍設計飛機。
本庄的手下也大多是年輕設計師，其中的久保富夫就是後來日本陸軍百式司偵的設計者，戰後此人任三菱汽車社長，又把三菱汽車作成了日本第三大汽車品牌。這些年輕設計師思想活躍，接受新知識很快。本庄季郎戰後回憶當時的設計思路就是摒棄因襲下來的設計傳統和慣例，一切忠於理論計算。最終完成的八試特偵也一改此前日本飛機古舊鈍重的中古風格，顯得勻稱而又現代，不過也有人說小話這是因為本庄是東京人，偏好摩登而已。
八試特殊偵察機在三菱內部被稱為「力9」，於1933年春季開始正式設計。為達到高性能，該機採用了全金屬硬殼結構，使用可收放起落架和沉頭鉚釘，這在當時都是最新技術。
該機的主翼設計是重點所在，採用了面積75平方米，高寬比為8.33的梯形翼，翼端有3度扭轉。據說本庄季郎當時將高寬比設為7、8、9、10進行計算，結果表明高寬比為10最佳。但這樣的機翼過於細長，即使是他手下的年輕設計師都覺得無法接受，本庄也覺得心裡沒底，最後將其改為比較保守的8.33。但即使如此，此後還是不斷有人批評陸攻機的機翼過長。
該機的翼型沒有採用當時流行的NACA四字編碼翼型，而是在風洞試驗後使用了布萊克本的佩蒂設計師設計的B9翼型。此後八試特偵主翼的平面形狀、高寬比、翼型在九六式陸攻和其後的一式陸攻上一直沿用，成為陸攻機的標準設計。
該機的機翼設計還有一處值得一提的就是其機翼油箱不是常見的安裝在機翼內部的固定油箱，其油箱壁採用和機翼外板一樣的鋁合金材料，並且直接暴露在外成為機翼面板的一部分，然後用特殊的包裝材料密封以免滲漏。這個設計據說是從九五式陸攻直接繼承下來的，雖然看似新穎但在實戰中卻更加容易被擊穿起火，日本陸攻戰場生存性差的命運在其初始設計中就已露出端倪。
此外該機乃至以後的九六式陸攻和一式陸攻的水平尾翼與之前的飛機相比面積更大，這個不起眼的特徵完全是理論計算的結果。本庄氏在戰後訪談中對八試特偵的設計經常說的就是某處按年輕設計師的理論計算應當如何，我沒有遵從，而是按設計慣例和馬馬虎虎的態度來判斷，因此對不忠實理論的態度感到羞恥……自謙之下是滿滿的傲嬌之意。
與之相對，是整個陸攻系列的操縱面面積都很小。當時的飛機副翼和升降舵往往沿機翼和水平尾翼全長設置以獲取更高的操縱效率，但是實際上在操縱面活動時，翼根處和翼稍處的截面形狀和扭轉程度是不同的。這實際上是一種靠經驗設計的方法，不能進行準確計算。而本庄季郎在八試特偵和以後的陸攻設計中都是採用操縱面佔機翼或平尾全長固定比例的方式，雖然面積小，但由於能夠精確計算受力，操縱性能反而相當好。
該機在兩側水平尾翼中央位置各設一片垂尾，大致沿用此前九三式重爆的垂尾設計。對應的兩臺引擎稍微有個向外側的安裝角度，略呈V字型，這是為了使每個引擎螺旋槳產生的氣流都直接經過對應側的垂尾。這樣如果在遠程飛行中一臺發動機失靈，飛機會由於力矩的原因向無動力一側轉向，而此時尚在工作的發動機螺旋槳尾流會在對應的垂尾上產生額外的反向力矩，駕駛員要糾正偏航就省力多了。這個設計後來也在九六式陸攻上沿用，雖然並非本庄的獨創，但作為初出茅廬的新任主管設計師，確實也算考慮得足夠周全了。
1934年4月18日，八試特殊偵察機一號機完工，然而在首次飛行前的檢查中發現了重大問題。
第一個問題是飛機超重和重心後退。原計劃自重為3820千克，實測達到4230千克；重心原定為主翼弦長的25.9%處，實測是37.8%。其原因一是機體的全金屬硬殼式結構重量超過預想，其次設計時根本沒有考慮安裝設備的問題，結果裝上電臺和其他機載設備後重心大幅度向後移動。
另一個問題是操縱機構剛性非常不足。當時的飛機是靠連杆和鋼索把駕駛員的操縱動作傳到各操縱面上，如果這套系統設計不佳或者冗餘重疊的話，加上作用在舵面的風壓，即使駕駛員用盡全力，舵面的動作幅度也達不到設定的一半。
這其實是新手設計師容易犯的錯誤。為了解決這些問題，除了強化操縱機構外，還在機頭加裝了二百三十千克鉛塊配重，全機進一步超重，自重達到4500千克。
本庄季郎後來回憶為了這事三菱公司的試飛員笑壞了，但他自己反而放下心來：在沒有加裝配重平衡的情況下，這架飛機居然也勉強能飛，大面積的水平尾翼果然發揮了作用；由於自重超標，攜帶的燃料量必然降低，但飛機的續航距離仍能達到要求，所以這個設計成了。
5月16日，空技廠飛行實驗部的曾我義志少佐和近藤勝治少佐對修改過的飛機進行了驗收試飛，給出的評價是「操縱性極其出色，無可挑剔。」
曾我少佐在回憶中提到飛機尚在地面滑行時，就有種傻瓜式的好飛機的預感。舵效無可挑剔，操縱性非常出色，雖然是使用駕駛盤，但操縱感不像雙發飛機，反而像戰鬥機，完全感覺不到舵的作用過大或者延遲，有生以來從沒飛過這麼順手的飛機。在空中單發也能很容易地飛行，收起起落架時速度立刻竄了10海裡，這都是從未有過的體驗。
試飛完畢後，兩位試飛員主動向三菱的技術人員道賀，在以苛刻聞名的海軍試飛員中這是很少見的事，當晚相關人員一起飲酒作賀。
實際上當時試飛時飛機處於輕載狀態，該機自重大，發動機功率不足的缺點完全沒有表現出來，倒是掙足了印象分。
八試特偵在各務原機場結束驗收試飛後，於6月向橫須賀轉場。航空本部技術部長山本五十六親自乘坐該機轉場，對其性能表示滿意。
八試特偵性能既然如此讓人滿意，那麼日本海軍航空本部和空技廠順理成章要求將其進一步發展成新式陸上攻擊機，並命名為九試中型陸上攻擊機。
實際上如果以偵察機的標準看，八試特偵本身的性能絕對說不上成功。該機自重達到4775千克，超重一噸，而搭載量（含乘員、油料、設備、武器）只有2228千克。兩臺500馬力廣廠九一式液冷引擎明顯功率不足，爬升到3000米高度需要十六分五十四秒，實用升限只有4600米。而以笨重聞名的九五式大攻爬到3000米高度用時九分三十秒，實用升限則是5130米。
該機的特點是續航距離大，雖然功率不足加上超重，但由於氣動外形好，巡航時消耗燃料很少。以203千米/小時的巡航速度飛行時，正常狀態下的航程是2346千米，而超載時能達到4408千米。這是日本海軍此前從未有過的長航程，正是這點加上前述良好的操縱性能使它被日本海軍看中。
在一般情況下，這樣設計飛機是沒法通過驗收的。但設計師本庄季郎看破了日本海軍的真實意圖根本不是要什麼偵察機，所以才敢無視重量指標，只是死保續航距離和操縱性兩點。最後事實證明他是對的，這也是設計師的能力所在。
前面說到特偵就這麼順理成章發展成了陸攻，但是戰後的日本航空史研究者就提出個問題：為什麼特偵沒有順理成章發展成為陸偵？要知道一直到太平洋戰爭後期，日本海軍都沒有一種合用的高速遠程偵察機。在實戰中類似於高空隱蔽偵察或者轟炸後的戰果確認之類的任務，靠普通的陸攻或者大艇（大型船身式水上飛機）是沒法完成的。所以日本海軍一直在借用陸軍的司令部偵察機，先是九七式，後來是百式。既然海軍和陸軍之間如此涇渭分明，那麼為何寧可在此事上覥顏低首，也不在大有前途的特偵基礎上繼續發展一型真正的高速陸偵呢？這個問題確實沒有合理的解釋，只能歸結為日本海軍戰略觀念混亂短視。不過當時無論是日本海軍還是設計師，都沒有提出過繼續發展偵察機的構想，只能說他們最初想要的確實就是一架陸上攻擊機吧。
八試特偵的唯一一架原型機被賦予編號G1M1，用於聯絡任務，後來因發動機故障海上迫降沉沒。
開發九試中攻的時候，軍方負責項目的曾我少佐特意強調：一定不能喪失八試特偵優良的操縱性，這不但有利於戰時快速培養大量飛行員，也是防止訓練事故的需要。
當時九試中攻被三菱內部命名為「力15」，其主翼幾乎全盤照搬八試特偵，翼面積、翼型和操縱面面積完全一樣，但機體重新設計以徹底減重。因此雖然九試中攻比八試特偵長了0.62米，橫截面也更粗，設備更是增加了不少，但空機重量只有4400千克，比八試陸偵反而減輕了375千克。
因為機體加粗加長的緣故，其水平尾翼和垂直尾翼面積都增加了30%，而升降舵和方向舵面積相對於尾翼面積之比進一步降低。日本海軍為提高九試中攻機動能力，曾盲目命令三號原型機水平尾翼面積增大一平方米，結果性能反而下降，在第四架原型機上不得不改回來，成為設計人員的笑談。
原裝備的液冷發動機功率不足，也逐步替換為氣冷的金星發動機。這種發動機最初用於九三式陸攻，以故障頻發而聞名，但經數年修改已趨於完善。由於該型號開發延遲，因此部分原型機仍然是用的改造過的液冷發動機。
此外八試特偵的可收放起落架非常簡單原始，此次也全部重新設計，據說參照了高檔的德國寶馬摩託車後輪懸架的設計。
九試中攻沒有設置機內彈倉，在機體下的掛架上可吊掛一條800千克魚雷或一枚500千克炸彈或者兩枚兩枚250千克炸彈。
1935年6月末，九試中攻一號原型機完成，工廠試飛中在1500米高度上達到315千米/小時速度，遠超過八試特偵。
當年八月由空技廠的近藤中佐（升官了）和曾我少佐進行了驗收試飛。曾我少佐在手記中認為該機與八試特偵那種絕妙的操縱性相比略有下降，似乎處理上相當隨意，有點辜負期待。但最高速度甚至達到162節，使他不禁懷疑眼睛或者儀表出了問題。
九試中攻生產了六架原型機，主要區別是採用的發動機和螺旋槳型號不同。其中一、二、五、六號機使用液冷引擎，三、四號使用氣冷金星引擎，三號原型機更飛出了327.8千米/小時的速度。
試飛中也出現了一些問題，比如副翼在高速下振動，後來通過增加平衡配重解決。此外還有諸如尾輪在高速滑行時一旦出現振動就無法停止，以及剎車片過熱之類的毛病，但都被一一化解，總的來說制式化工作還算順利。
誰也想不到的是拖延該機定型的最大問題竟是機上乘員的位置安排，從1935年秋天起，日本海軍內部圍繞這個問題爭吵了半年之久。
轟炸機的機頭一般採用鑲嵌玻璃的透明轟炸導航艙，而九六式陸攻卻是全封閉式的機頭，看上去和客機一樣，就是這次爭執的結果。
轟炸機頭的透明艙除了給領航/轟炸員提供良好的視野外，還有一個重要意義就是布置機槍。當時的轟炸機自衛火力配置一般是在機頭、機身上部、機身下部設置三處，以避免出現射擊死角。
而這一點日本海航表示不能接受，他們認為這樣設計的話會把偵察員席設在機頭，而「作為偵察員或機長，在乘務員的聯絡、指揮的立場上，將駕駛席移到前方，將偵察員、電信員的座位放在寬廣的軀體中央是最好的。為此，犧牲機首方向的射界也是不得已的。」
何以寧可犧牲射界也不能讓偵察員到前面去呢？原因是當時日本海航的傳統是用偵察軍官當機長和編隊指揮。俗話說居高才能臨下，機長就要在駕駛員後面高坐才有權威。設想如果機長席在機頭，位置比駕駛員之類的還低，再加上他還要經常在大家面前趴下去，似乎確實沒法讓乘員們對腳底下那位產生敬畏之心。
日本海軍對此一時無法解決，於是搞了兩個方案。六架原型機採用封閉式機頭，稱為甲案；又生產了一種採用透明機頭的，稱為丙案（乙案未投產，不知具體情況），據說生產了14架。
當時日本海航軍官大都支持甲案，與戰術性能相比很顯然官位更重要一些，所以最終九六式陸攻的生產型採用了封閉式機頭。
負責該項目的曾我少佐一直支持丙案，他認為在平時的訓練中，不考慮戰鬥機的威脅，方便偵察員和操縱者之間的聯繫，特別是偵察員是機長或編隊指揮官的情況下，甲案當然更有利，不過這和該不該設置機首機槍座根本是兩個問題。此外按甲案方式布置，駕駛員離飛機重心相當遠，在操縱上較為不便，這也是支持丙案的理由。
確實如曾我少佐所言，偵察員位置和誰來當機長根本是兩個問題。所以後來設計一式陸攻的時候在駕駛員後面設置了專門的機長席，但仍設置了機頭透明艙和機槍。當官的要坐官位沒問題，可前面必須有個人趴著。
1936年3月，九試中型陸上攻擊機正式獲得九六式陸上攻擊機的制式名稱，編號為G3M1。
雖然外觀看上去現代而美觀，但與稍後出現的帶透明機頭、內部彈倉和防漏油箱的日本陸軍九七式重爆相比，九六式陸攻雖然在一些性能上有優勢，但仍然只能算作「前現代化」的轟炸機。
九六式陸攻下發部隊後還出現了一些意想不到的問題。此前日本海航接觸的大都是蒙布結構的老式飛機，所以很快就有部隊指揮官提出「以前都是木頭或者金屬骨架蒙雨布的飛機，這次的九六式陸攻卻是像鐵皮一樣的東西，說明書裡沒有說清洗這個鐵皮表面的方法，那麼可以像以前一樣用肥皂水嗎？」於是又趕快在說明書裡添加了護理鋁合金板的方法。
要是只考慮飛行性能的話，飛機的鋁合金表面什麼都不塗，完全裸露是最好的。但實用中要考慮海水鹽霧腐蝕的問題，另外實戰中出於隱蔽的需要也必須塗上面漆。據空技廠工作的野間口兼良技術少佐記載，當時雨布上用的是醋酸纖維塗料，而鋁合金上用的是防水和耐蝕性能好的苯基纖維塗料。這些塗料最初都是從外國進口，後來日本花了很大力氣國產化。而九六式陸攻油箱所用的防滲漏封帶和塗料據本庄季郎回憶都是從美國Thiokol公司進口的合成材料。這些塗料和填料如果隨便用肥皂水或者油類洗滌可能會出現老化，所以是個嚴重問題。
那麼當時日本前線部隊是用什麼擦洗飛機的呢？戰後對地勤兵的訪談發現他們用的是汽油。雖然當時日本燃油供應困難，汽油被比作鮮血，但還是得拿汽油擦。因為「日本的軍用飛機上，幾乎就沒有不流汗的引擎」，每次飛行之後機體就被發動機噴出的油汙覆蓋並且沾滿沙塵，所以還非擦不可。這些訪談最後幾乎都以對美國飛機清潔的機體和發動機的羨慕以及對日本航空工業的吐槽告終。
另一個問題就是長途飛行產生的生理問題。此前日本海軍是沒有續航如此之久的飛機的，而九六式陸攻飛行時間能達到八到十個小時。在早期的陸攻飛行記錄裡常有飛機一降落乘員就在跑道邊就地解決的事情。其實從八試陸偵開始九六式系列就設置了小便器，後期型號就在機身兩側槍座稍後。但這個小便器是內外連通的，一用就是一褲子尿，所以沒人去用。這是伯努利原理決定的，你坐在高速前進的車上，往窗外倒杯水，最後一定也是濺自己一身。所以後來給乘員發了一種馬糞紙內襯玻璃紙的小便袋，長度大約10釐米，用完後紮緊伸手扔出去。
到設計一式陸攻的時候，改成封閉式廁所，將排洩物收集起來到基地再卸掉。因為機身內部空間有限，便器只能做得很小，因此常被弄得很噁心，沒多久就被海軍要求全部拆除了。所以一式陸攻的乘員也是使用這種小便袋的。
現在日本海軍終於擁有了他們理想中的陸上攻擊機，最先是橫須賀，接著是館山、木更津、鹿屋，一支支陸攻隊相繼建立。隨著實力的增強，日本海軍的野心也在節節高漲，接下來九六式陸攻將作為侵略戰爭的急先鋒越海撲向大陸，投入激烈的航空作戰之中。