W Pucharze Świata zadebiutował 9 marca 2007 roku w Lahti, gdzie zajął 29. miejsce w konkursie rozegranym metodą Gundersena. Tym samym już w swoim debiucie wywalczył pierwsze pucharowe punkty. Dzień później zajął 27. miejsce w sprincie, co w klasyfikacji generalnej dało mu 50. pozycję. Najlepsze wyniki osiągnął w sezonie 2011/2012, który ukończył na 25. miejscu. Wtedy też po raz pierwszy stanął na podium zawodów pucharowych - 10 marca 2012 roku w Oslo zajął trzecie miejsce w Gundersenie, ulegając Amerykaninowi Bryanowi Fletcherowi i Norwegowi Mikko Kokslienowi.
W 2007 roku Katō wziął udział w mistrzostwach świata w Sapporo, gdzie był ósmy w sztafecie, a w startach indywidualnych plasował się na przełomie trzeciej i czwartej dziesiątki. Dwa lata później, podczas mistrzostw świata w Libercu wspólnie z Yūsuke Minato, Akito Watabe i Norihito Kobayashim osiągnął największy sukces w swojej karierze zdobywając złoty medal w sztafecie. Po skokach Japończycy zajmowali dopiero piąte miejsce, tracąc do prowadzących Francuzów 24 sekundy. Na trasie biegu zdołali wyprzedzić wszystkich rywali, choć na metę biegnący na ostatniej zmianie Kobayashi wpadł razem z reprezentantem Niemiec. O kolejności zdecydowała fotokomórka, strata Niemców wyniosła mniej niż sekundę;