Durant la guerre russo-japonaise, Katō est le chef de l'état-major de l'amiral Tōgō Heihachirō sur le cuirassé Mikasa, assistant de la victoire japonaise à la bataille de Tsushima. Il souffre pendant cette période de maux d'estomac et de vomissement tout en rendant ses ordres pendant les batailles, bien qu'il prenait beaucoup de médicaments.
À son retour au Japon, Katō est nommé 21epremier ministre du Japon en reconnaissance de ses résultats à la conférence navale de Washington. Son gouvernement est composé principalement de bureaucrates et de membres de la chambre des pairs et s'avère vite impopulaire auprès de l'armée impériale japonaise. Durant son mandat, Katō applique les termes de l'accord naval de Washington, retire les forces japonaises du Shandong en Chine et met fin à la participation du Japon dans l'intervention en Sibérie. Katō souffre cependant d'un cancer du colon en phase terminale et meurt un peu plus d'an après sa nomination.
Katō reçoit le rang honorifique d'amiral de la flotte le lendemain de sa mort, et est décoré à titre posthume du Grand Cordon de l'ordre du Chrysanthème, ainsi que du titre de vicomte (shishaku).
Sa mort suit de peu le grand séisme de Kantō de 1923 et le Japon reste un moment sans premier ministre.
