Nach Absolvierung der Marineakademie 1911 war Takeo Takagi 1921 Kommandant eines U-Boots. Anfang der 1930er unternahm er eine Studienreise in die Vereinigten Staaten und nach Europa. Nach kurzer Dozententätigkeit an der japanischen Marine-Stabsakademie übernahm er einige Kommandos als Kapitän zur See. So diente er unter anderem als Kommandant auf dem SchlachtschiffMutsu.
Bei der Schlacht im Korallenmeer musste seine Flotte im Mai desselben Jahres allerdings eine empfindliche Niederlage hinnehmen. Das Gleiche geschah, als er als kommandierender Vizeadmiral bei der Schlacht um Midway, die 5. Kreuzerdivision leitete.
1943 erhielt Takeo Takagi das Kommando über die 6. U-Boot Flotte. Zu Beginn des Jahres 1944 verlegte er deren Hauptquartier von Truk auf die Marianeninsel Saipan. Nach der dortigen amerikanischen Landung im Juni 1944 zeichnete sich schnell die japanische Niederlage ab und Takeo Takagi nahm sich nach den Regeln des Bushidō das Leben.
Japanischer Name: Wie in Japan üblich, steht in diesem Artikel der Familienname vor dem Vornamen. Somit ist Takagi der Familienname, Takeo der Vorname.