2010年11月23日に福岡ソフトバンクホークスと4年契約で合意した。12月6日に正式に契約を交わし、横浜からFA移籍した内川聖一と共に入団会見を行った。年俸は総額2億5000万〜8億円（推定）で 背番号は西武時代と同じ「27」に決まった。自由獲得枠で入団した選手がFA権を行使し、国内他球団に移籍した初の事例となった。2011年4月12日のオリックスとの開幕戦（京セラドーム大阪）に先発出場し、7回1点リード二死二塁で木佐貫洋からレフトにタイムリー三塁打を放ち、これが移籍後初安打・初打点となった。4月15日の対西武戦で本拠地福岡 Yahoo! JAPANドームで移籍後初出場した。4月20日に北九州市民球場で行われた対楽天戦でダレル・ラズナーからバットを折りながらもライト前へタイムリー打を放ち、一足先に準本拠地で初安打・初打点を記録した。4月21日の同カードで6回に川岸強からセンター前ヒットを打ち、これが移籍後本拠地初安打となった。4月27日の対日本ハム戦でD.J.ホールトンをリードし9回無失点で移籍後初の完封マスクを達成。5月13日の対西武戦の3回第1打席に牧田和久からショートへ内野安打を放ち、内川のタイムリー打で生還し、これが移籍後古巣からの初安打・初得点となった。6回第3打席には同じく牧田から左中間突破の2点タイムリーツーベースを放ち、これが古巣からの初打点、福岡 Yahoo! JAPANドーム初打点となった。5月29日の対横浜戦で、2回第1打席にクレイトン・ハミルトンの初球を捉えてソロ本塁打を放ち、これが移籍後初本塁打（本拠地初）となった。7月5日の対西武戦の初回一死三塁の場面で中島裕之のサードゴロで本塁狙った三塁走者浅村栄斗を本塁でブロック成功しアウトにしたが交錯により左膝を痛め、2回表に田上秀則を代打に送られて負傷退場した。7月6日に出場選手登録を抹消され、福岡市内の病院で精密検査を受けた結果、左膝内側半月板損傷と診断された。7月28日に一軍へ復帰した。8月4日の対オリックス戦の5回同点無死一二塁の場面で西勇輝から顎に死球を受けて出血、西は危険球退場となり、自身は山崎勝己を代走に送られて負傷退場し病院へ直行した。顎を4針縫合したが翌日8月6日の西武戦には先発出場した。8月27日の対楽天戦試合前のシートノック中に右ふくらはぎに違和感を訴え、1回裏の守備で山崎と交代し、同日右ふくらはぎの筋挫傷で出場選手登録を抹消された。9月19日に一軍へ戻り、同日の対オリックス戦で先発出場した。9月27日の2位日本ハムとの直接対決では2回一死一三塁の場面で止めたバットにボールが当たりブライアン・ウルフから先制のタイムリー内野安打を打って勝利に貢献した。9月29日同カードでは6回1点ビハインド一死三塁の場面でダルビッシュ有から同点の犠牲フライを打った。10月1日の対西武戦は9番捕手で先発出場し、岩嵜翔、ブライアン・ファルケンボーグ、馬原孝浩をリードし、9回完封リレーでチームのリーグ連覇に貢献した。リーグ優勝決定の瞬間にマスクを被ったのは自身初である。レギュラーシーズンでは84試合に先発出場し、フル出場した46試合では40勝5敗1分、11完封勝利だった。開幕から両エースとも組んだが、和田毅は先発3試合で0勝1敗、杉内俊哉は4試合で0勝2敗だったため、5月中旬以降2者の先発マスクは山崎勝己に奪われた。和田は8月3日以降再びコンビを組み8月17日から4試合連続の完封（リレー）勝利で5連勝した。他のスタメンマスクでは先発転向1年目の攝津正と組み11勝、最多勝を獲得したD.J.ホールトンと組み14勝、3年間未勝利の岩嵜翔とはプロ初勝利を含む5勝するなど結果を出した。打撃では1本塁打と大きく数字を落とした一方、犠打は自己最多の34犠打を記録した。守備では盗塁阻止率.183だったが無失策を記録し、3年ぶりにベストナイン と三井ゴールデングラブ賞 を受賞した。クライマックスシリーズ（CS）ファイナルステージでは全3試合に出場。11月3日第1戦はフル出場し9回2失点のリード、打撃では3回に初球で犠打を決めて内川聖一の先制2点タイムリーを呼んだ。11月4日第2戦は8回2失点のリードだった。11月5日第3戦は11回同点から守備で出場し、2回無失点のリードでサヨナラ勝利を呼ぶなど3試合全ての勝利に絡みCS突破に貢献した。日本シリーズでは11月12日第1戦で先発出場し和田毅を8回1失点とリードし、代打を出され同点で交代した。第2戦は8回同点で守備から出場したが馬原孝浩が森野将彦に勝ち越し打を許し敗戦。11月15日はフル出場し9回2失点のリード、打撃では3安打の猛打賞で、鈴木義広からダメ押しとなるソロ本塁打も放ち、これが日本シリーズ初本塁打・初打点となった。11月16日第4戦はフル出場し9回1失点のリードで勝利に貢献した。11月17日第5戦では7回1点リード一死一二塁の場面でチェン・ウェインからバスターでタイムリー打を放ち、守ってはフル出場して中日打線を完封した。11月19日第6戦は代打で交代するまで8回2失点に抑えたが敗戦した。11月20日第7戦では8回から守備で出場して2回を無失点に抑えて完封勝利し、球団の8年ぶりの日本一の瞬間にマスクを被った。アジアシリーズ予選リーグでは11月25日の対統一セブンイレブン・ライオンズ戦にフル出場し、3回にライアン・グリンからライト前安打で出塁して同点の走者として生還した。11月26日の対サムスン・ライオンズ戦では先発出場し、2回一死三塁からバスターを仕掛け李宇善から左中間を深々と破るタイムリー二塁打を放った。守備では途中交代するまで8回無失点のリードだった。11月29日のサムスンとの決勝戦ではフル出場したが、5回に岩嵜翔が崩れ、川崎宗則のタイムリーエラーも重なり、チームを1イニング5失点させて敗戦の一因を作った。2012年は開幕を一軍で迎えて正捕手として出場していたが、打率.156と不調だったこともあり6月30日に二軍再調整となった。7月14日に再昇格し正捕手へ戻ったが、打率は2割に届くことなく終わった。レギュラーシーズンでは82試合に先発出場し、フル出場した46試合では27勝3敗、8完封勝利だった。同年も攝津正(同年最多勝)との相性が良く、先発マスク時に14勝した。打撃では打率.157と、西武時代の2003年からの正捕手定着後以降最低を記録した上、出塁率も2割に届かず極度の打撃不振に陥った。守備では捕手部門で最多失策、盗塁阻止率も.224とリーグワースト2位だった。クライマックスシリーズファーストステージでは全3試合に先発出場した。第1戦では西武を9回1失点に抑え勝利した。第2戦は3回に自身はパスボールし、1イニング7失点させて4回で交代させられ敗戦の一因となった。第3戦はフル出場し9回2失点に抑えてファーストステージを突破した。打撃では6打数無安打だった。ファイナルステージでも全3試合に先発出場したが3連敗でCS敗退した。第1戦では吉川光夫から2打数2安打だったが得点には繋がらず8回に代打を出されて交代した。2013年は開幕から抹消されることなく一軍で過ごしたが、9月11日の対西武戦の2回に十亀剣から左側頭部に死球を受け救急車で運ばれ、福岡市内の病院で打撲と診断された。翌日9月12日の同カードには先発出場したが、脳震盪のような症状で吐き気を催し途中交代した。ソフトバンク移籍後最多となる112試合に出場。レギュラーシーズンでは96試合に先発出場し、フル出場した33試合では29勝4敗、6完封勝利だった。盗塁阻止率は.297(リーグ3位)と前年よりも改善した。2014年は開幕2カードは新加入の鶴岡慎也にスタメンマスクを奪われたが、鶴岡が4月5月に打率1割台と打撃不振だったため徐々に先発出場が増え、7月下旬からは完全に奪い返し正捕手へと戻った。6月3日の対巨人戦の6回に自打球を左膝に当て途中交代、翌6月4日に左膝打撲のため出場選手登録を抹消された。6月14日に最短で一軍へ復帰した。7月26日のオリックスとの首位攻防戦では4回同点の場面で東明大貴からバックスクリーン左へ勝ち越しツーランホームランを放ち、これが決勝打となりチームは首位を奪回した。10月2日、2位オリックスとの両チームの優勝がかかったシーズン最終戦では2回一死二三塁の場面でディクソンから先制の犠牲フライを放った。フル出場し10回1失点のリードで松田宣浩のサヨナラ打を呼び、2011年に続きチームのリーグ優勝決定の瞬間のマスクを被った。レギュラーシーズンでは95試合に先発出場し、フル出場した41試合では35勝5敗1分、7完封勝利だった。クライマックスシリーズファイナルステージでは全6試合に先発出場し、打っては14打数6安打、打率.429だった。10月20日第6戦では5回に鍵谷陽平からダメ押しとなるソロ本塁打を放つなど3打席3出塁で、守ってはフル出場し9回を1失点に抑え、CS突破に貢献した。日本シリーズでは全5試合に先発出場した。守備では8回6失点で代打を出された第1戦以外はフル出場し、残り4試合は阪神打線を2失点以下に抑えた。10月28日第3戦では1点リードの4回一死二塁の打席で藤浪晋太郎の7球目のカットボールに空振り三振したが、阪神捕手の鶴岡一成がボールを一塁側へ逸らした隙に振り逃げを成立させ、二塁走者の吉村裕基が一気に本塁を陥れてチームは貴重な追加点を挙げた。10月30日第5戦は守っては9回無失点のリードで阪神打線を完封し、自身3度目となる日本一決定の瞬間のマスクを被った。同試合の9回表は1点リードでデニス・サファテと一死満塁の場面を作ったが、続く西岡剛をファーストゴロに打ち取り、一塁手の明石健志が本塁へ送球しフォースアウト、ここで細川は一塁へ送球したが西岡の体に当たってボールは転がり、その間に二塁走者の田上健一は本塁を踏んだ。冷静にプレーを見ていた主審の白井一行は西岡の走塁を守備妨害と判定し、これにより併殺完成でゲームセットを宣告し、ソフトバンクの日本一が決定した。また、3回守備時には一死一塁からマット・マートン、二死一塁から上本博紀の二盗をいずれも阻止し、1イニングで2度の盗塁阻止が日本シリーズ新記録となった。シーズン中の8月29日に2度目のFA資格を取得したが、11月6日に翌年の残留を明言し、12月16日の契約交渉で3,600万円アップの年俸1億円で更改し、2年契約を結んだ。2015年は2月中旬の春季キャンプから故障が相次ぎ（ブルペンで投球を受けた際に右手親指を痛め、当初は打撲と診断されたが、3月2日に福岡市内の病院で再検査の結果、中手骨骨折が判明した ほか（4月11日のウエスタン・リーグ対広島戦で先発マスクを被って一旦実戦に復帰）、4月22日に首の痛みを訴え再びリハビリ組へ戻った。）59試合に終わった。本塁打が0本だったのは2002年以来だった。2016年には、レギュラーシーズンの一軍公式戦49試合、チームがリーグ2位で迎えたCS5試合でスタメンマスクを任された。その一方で、チームが日本ハムとのCSファイナルステージで敗退した後に、球団からバッテリーコーチへの就任を打診。現役続行を希望していた細川がこの打診を固辞した ことから、10月24日には事実上の退団が発表された。12月2日付で、NPBから自由契約選手として公示。