Den blommiga hyllningen av krysantemums innehöll en not skriven av hertigen.
Prins William är på en veckolång resa till Kina och Japan där han kommer att göra åtaganden för att främja förbindelserna mellan Storbritannien och båda länderna.
Han avslutade sitt besök på kyrkogården med att underteckna en besöksbok, som hade placerats bredvid ett fotografi av hans mor Diana, prinsessan av Wales.
Hon föreställdes lägga en krans på samma kyrkogård 1995.
Noten på hertigens krans sade: "Må vi aldrig glömma alla dem som betalade det ultimata offret för vår frihet."
Senare träffade prinsen kejsar Akihito och kejsarinnan Michiko på det kejserliga palatset.
Han berättade för kejsaren, som han senast träffade 2012 under drottningens diamantjubileumsmonarkers lunch: "Ers majestät, det är väldigt trevligt att se er igen. Tack för att jag fick vara här - fantastiskt."
När Prins William träffade kejsar Akihito var det ett möte mellan representanterna för en gammal institution och en annan, som är ännu äldre.
Japans kejserliga familj är världens äldsta ständiga ärftliga monarki.
Den senaste tronen i Chrysantemum är bara en kejsare. Tidigare japanska monarker hade status som levande gudar - något som Williams familj förmodligen skulle ha funnit attraktivt under sina svåra tider på 1980- och 1990-talet.
I dessa mer avgjorda tider för House of Windsor, är prinsen i Tokyo för att främja brittiska regeringsintressen.
Vilhelm föddes till kung och anförtrodde sig en dag - som det ser ut - åt en publik om en alternativ karriärplan, om ödet inte var i spel.
Som barn drömde han om att bli astronaut och flörtade med tanken på att vara polis eller brandman.
Läs mer från Petrus på hans korrespondents sida.
Hertigen inledde sitt fyra dagar långa besök i Japan på torsdag med att delta i en traditionell teceremoni i huvudstaden Tokyo.
I vad som är hans första besök i landet, tog han också en motorbåt rida till Tokyo Bay, som kommer att vara värd för en stor del av 2020 sommar-OS.
Sista gången en stor medlem av Storbritanniens kungafamilj besökte Japan var 2008 då hertigens far, prins Charles, kom med sin fru Camilla.
Hertiginnan av Cambridge är inte med sin man som hon ska föda sitt andra barn i april.
Första dagen på sin tur besökte Prins William tehuset Nakajima, byggt för 350 år sedan i Japans Edo period, mitt i en liten sjö i Hama Rikyu trädgårdar.
Dr Genshitsu Sen, som är 92 år och den 15:e generationen av hans familj att inneha en ledande roll i den andliga konsten att göra te, utförde den traditionella ceremonin.
Han gjorde också te till Prins Williams föräldrar, Prins Charles och Prinsessan Diana, när de besökte Kyoto 1986.
Under sin resa kommer hertigen också att föras till de områden som ödelagts av tsunamin 2011 och träffa överlevande.
I Kina på måndag kommer han att lansera den tre dagar stora festivalen för kreativitet på Shanghai Long Museum.
Det kommer att främja brittisk kommersiell kreativitet och innovation till en företagspublik från Storbritannien, Kina och andra länder, i syfte att skapa möjligheter för brittiska företag som vill expandera sina marknader.
Ytterligare höjdpunkter på resan Fjärran Östern kommer att omfatta ett besök i Pekings förbjudna stad.
Hertigen hoppas också få se asiatiska elefanter i vilt tillstånd under sitt besök i Kina. Han har kämpat för att stoppa den olagliga handeln med elfenben och andra utrotningshotade animaliska produkter, och kommer att resa till Yunnanprovinsen nästa onsdag där 250 vilda asiatiska elefanter fortfarande strövar fritt.
På fredag meddelade Kina ett ettårigt förbud mot import av elfenben från Afrika, med omedelbar verkan.
BBC Shanghai korrespondent John Sudworth sade: "Tidpunkten är förmodligen inte en tillfällighet, kommer bara några dagar innan Prins William, nu en av de ledande galjonsfigurerna i kampanjen för att rädda den afrikanska elefanten."
Han sade att kampanjdeltagarna hade kritiserat flytten som "fönsterklädsel" men att det var nödvändigt att kräva ett fullständigt förbud mot elfenbenshandeln.
Hertigen av Cambridge har lagt en krans till minne av samväldets krig död vid Japans Yokohama War Cemetery.