В начале русско-японской войны Катаока возглавил третий флот, получивший название «Забавный флот» поскольку он представлял из себя пёструю коллекцию устаревших кораблей. Несмотря на это Катаока заслужил отличие в ходе битвы в Жёлтом море, командуя пятым и шестым боевыми дивизионами (сам он поднял флаг на крейсере «Ниссин») и позднее в ходе Цусимского сражения (на борту крейсера «Ицукусима»). Он также возглавил военно-морскую экспедицию по захвату острова Сахалин перед подписанием Портсмутского договора.