1904年（明治37年）3月17日にはかつて参謀長として在籍した第5師団に師団長として赴任する。上田が師団長の時に第5師団は日露戦争に出征し、遼陽会戦・沙河会戦に参加する。同年11月2日、台湾守備軍司令官に就任し、1906年（明治39年）4月1日、日露戦争の戦功により勲一等旭日大綬章及び功二級金鵄勲章を賜る。