De à , Katō sert comme officier en chef de l'armement sur le croiseur Takao(en). Il est ensuite envoyé en Allemagne pour accompagner le prince Fushimi Hiroyasu. Il reste avec lui pendant toute la durée de la première guerre sino-japonaise. De retour au Japon, il sert comme officier de l'armement sur le croiseur Itsukushima(en) et dans l'État-major de la flotte d'entraînement.
En , Katō est nommé secrétaire du ministre de la Marine Saigō Tsugumichi, qui est promu peu après maréchal de la flotte. Katō est quant à lui promu commandant.
Katō retourne servir en mer de à comme commandant en second sur les croiseurs Akitsushima et Kasagi(en). Il retourne ensuite en Allemagne pour superviser l'achèvement de la construction du croiseur Yakumo, et est commandant en second durant son voyage jusqu'au Japon. En , il devient membre de l'État-major de la Marine impériale japonaise où il apprécie les confidences de l'amiral Itō Sukeyuki. Katō rencontre des chefs d'entreprises et des hommes politiques, examine les conceptions de nouveaux navires de guerre, et est consulté au sujet des développements politiques et de la stratégie navale. En , il est promu capitaine est retourne en mer en en tant que capitaine du Akitsushima.
Au début de la guerre russo-japonaise, Katō est capitaine du croiseur Hashidate(en), un vaisseau obsolète qui est considéré comme ne pouvant pas combattre au front. Cependant, en , il est transféré à la tête du croiseur Kasuga et participe à la décisive bataille de Tsushima.
Après la guerre, Katō sert pendant dix mois au département du personnel naval avant de retourner en mer comme capitaine du croiseur Izumo, puis des cuirassés Kashima(en) et Iwami. En , il devient chef d'État-major du district naval de Maizuru. Il est ensuite promu contre-amiral et passe les trois années suivantes comme commandant du district de Maizuru.
En , Katō devient commandant de la flotte d'entraînement et en , il devient commandant de l'arsenal naval de Sasebo. En , il est promu vice-amiral et commandant de l'arsenal naval de Yokosuka.
En , Katō retourne en mer comme commandant-en-chef de la 2e Flotte. Au début de la Première Guerre mondiale, sa flotte est déployée lors du siège de Tsingtao où Katō commande quatre cuirassés, deux croiseurs, quinze destroyers, ainsi que des sous-marins, des torpilleurs, et d'autres navires auxiliaires[2].
En , Katō reçoit le titre de baron (danshaku) selon le système de noblesse kazoku. Il est également décoré de l'ordre du Milan d'or (2e classe) et de l'ordre du Soleil levant. En , il est nommé commandant du district naval de Kure et en , il est promu amiral. En , il est nommé conseiller naval et entre dans la réserve en .
En tant que conseiller naval, Katō a de l'influence en politique et est un fervent partisan de la clique des « gros canons et des gros cuirassés » au sein de la marine. En raison de son expérience à Tsingtao, il considère l'aviation navale comme d'une importance mineure. Il est particulièrement opposé au traité naval de Washington et est de ce fait un membre important de la faction de la flotte au sein de la Marine impériale japonaise.
Katō s'effondre lors d'une rencontre avec le prince Fushimi en et meurt peu après.
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