2006年、3月26日の東北楽天ゴールデンイーグルス戦（札幌ドーム）で先発した江尻慎太郎が負傷降板したことを受けてプロ初登板を果たす。同年より楽天の監督に就任したシダックス時代の監督だった野村克也の目の前でプロ初勝利を挙げた。7月1日の楽天戦（札幌ドーム）では高須洋介の打球を左手に受け、6回2/3を無安打に抑えたまま負傷降板となった。日本シリーズ（中日ドラゴンズ戦）では第3戦の先発を任され、5回0/3を1失点の投球で勝ち星を挙げ、日本一に貢献した。アジアシリーズでは台湾代表のLa Newベアーズ戦での先発を任され、7回1失点の投球で日本シリーズに続いてアジアシリーズでも勝ち星を挙げ、アジアシリーズ制覇にも貢献した。2007年、救援要員として開幕を迎えた後に、5月27日の中日ドラゴンズ戦（ナゴヤドーム）から先発に転向した。一軍公式戦全体では、シーズンの最終規定投球回に初めて到達すると、9勝4敗、防御率2.54（リーグ6位）を記録。チームのパシフィック・リーグ優勝に貢献した。しかし、その後のクライマックスシリーズや、中日ドラゴンズとの日本シリーズでは精彩を欠いた。2008年、先発予定だった4月29日の千葉ロッテマリーンズ戦（千葉マリン）試合前練習中に、相手チームのフリー打撃の打球を左手親指に受けて登板を回避。診断結果は左親指末節骨骨折と診断され登録抹消された。復帰戦となった6月29日のオリックス・バファローズ戦（京セラドーム大阪）で6回1失点の投球で4勝目を挙げる。7月13日の福岡ソフトバンクホークス戦（札幌ドーム）では8回2失点の投球も敗戦投手となり、プロ入り以来続いていたソフトバンク戦での無敗記録が11試合で、連勝が6で途切れた。クライマックスシリーズ（埼玉西武ライオンズ戦）では第3戦の先発を任され、5回2失点の投球で勝ち星を挙げた。オフには第2回WBCの日本代表候補メンバーに選出されるも、日本代表入りは果たせなかった。2009年、オープン戦から体調を崩した影響で調整が遅れたため、シーズンを二軍でスタート。4月16日のオリックス戦（札幌ドーム）に、先発投手としてシーズン初の一軍マウンドに臨むと、9回1失点という内容で一軍初の完投勝利を挙げた。10月10日の楽天戦（札幌ドーム）では7回2/3を1失点の投球で2年ぶりとなる規定投球回到達と自身初の二桁勝利となる10勝目を挙げた。クライマックスシリーズ（楽天戦）では第1戦の先発を任されるも精彩を欠く投球で6回1/3を5失点で降板となった。日本シリーズ（巨人戦）では第1戦と第6戦の先発を任されたがいずれも敗戦投手となり日本一を逃した。2010年、6月22日のソフトバンク戦（福岡Yahoo!Japanドーム）でプロ初完封勝利を記録。8月22日の西武戦（札幌ドーム）では僅か89球の球数で9回1失点の投球で完投勝利を挙げた。この試合で今季3度目の無四死球での完投勝利となり、球団としては1992年の金石昭人以来となる18年ぶりの記録となった。また、7月8日 - 9月16日にかけて先発登板した試合では8連勝を記録。この年は防御率・勝利数・奪三振・投球回・先発登板はいずれもキャリアハイ。防御率2.41はリーグ2位であり、14勝はチームトップの勝利数となった。2011年、4月27日 - 5月23日にかけて先発登板した5試合全てにおいて味方打線が0点に抑えられ、5試合連続で完封負けでの敗戦投手となった。これは68年ぶりプロ野球史上2人目の記録であり、2リーグ制以降では史上初の記録となった。5月29日の広島東洋カープ戦（札幌ドーム）では前田健太との1-0の投手戦を制し、7回無失点の投球で4月21日以来となる勝ち星を挙げた。その後も勝ち星を積み重ねて6連勝を記録。自身初のオールスターゲームにも選出され、7月22日の第1戦（ナゴヤドーム）で4回裏に登板するも1失点を喫し、5回裏には1イニング・1試合4被本塁打、1イニング8者連続被安打、1イニング8失点、1試合9失点などオールスター記録を更新してしまった。8月7日の楽天戦（クリネックススタジアム宮城）では防御率リーグ1位の田中将大に投げ勝ち6回1失点の投球で9勝目を挙げ、この時点で防御率が1.30となり田中を抜いてリーグ1位となるが、その後は精彩を欠く投球が続いたため最終的には防御率が2.46まで悪化した。2012年、4月だけで2度の完封勝利を含む4勝を挙げるなど自身初の月間MVPを受賞するが、その後は先発登板した9試合連続で勝ち星が付かず、自身の誕生日である7月10日のロッテ戦（札幌ドーム）で7回1/3を1失点の投球で10試合ぶりの勝ち星を挙げた。この年も前年と同じく11勝を挙げ左投手としては球団史上初の4年連続二桁勝利を達成した。また、先発登板数28試合はリーグ最多タイであり、防御率・完封数・完投数・投球回もキャリアハイだった2010年を上回る成績を残すなどチームを3年ぶりのリーグ優勝に貢献した。クライマックスシリーズ（ソフトバンク戦）では第2戦の先発を任され、6回無失点の投球で4年ぶりとなるクライマックスシリーズでの勝ち星を挙げた。日本シリーズ（巨人戦）では第2戦と第6戦の先発を任され、第2戦では6回1失点の投球も味方打線が0点に抑えられて敗戦投手となった。この試合では10奪三振を記録し、日本シリーズ史上16人目（18度目）となる二桁奪三振を記録した。第6戦では精彩を欠く投球で2回3失点で降板するも敗戦投手にはならなかったがチームは敗れて日本一を逃した。2013年、開幕戦である3月29日の西武戦（西武ドーム）で自身初の開幕投手を務めたが、4回裏に先頭打者の炭谷銀仁朗を一ゴロに打ち取った際、左ふくらはぎの張りを訴えて降板となった。診断結果は左ふくらはぎの筋挫傷と診断され登録抹消された。復帰戦となった4月28日のオリックス戦（札幌ドーム）では6回無失点の投球で今季初の勝ち星を復帰戦で挙げるが、その後は勝利投手の権利である5回を持たずに大量失点を喫して降板する試合が目立つなど精彩を欠く投球が続いた。そのため2009年から続いていた規定投球回到達と二桁勝利は4年で途切れた。2014年、先発陣の一角で一軍公式戦の開幕を迎えたが、シーズン初登板から精彩を欠く投球が続いた。7月8日の対楽天戦（コボスタ宮城）では、1回だけで6点を失うと、1回1/3を7失点という内容で降板。この時点で防御率が7.30にまで達したため、翌9日に出場選手登録を抹消された。後に一軍へ復帰したが、左投手の救援要員が不足していたチーム事情などから、中継ぎ要員に転向した。2015年、4月5日のオリックス戦（京セラドーム）に先発投手として登板すると、5回2失点という内容で、先発では一軍公式戦で278日振りの勝利を挙げた。その後も先発陣の一角を担っていたが、6月20日のソフトバンク戦（ヤフオクドーム）で3回を投げて7点を失うと、翌21日に出場選手登録を抹消。9月下旬に一軍へ復帰したが、一軍公式戦全体では、9試合の登板で3勝2敗、防御率5.84という成績に終わった。2016年、レギュラーシーズン終盤まで一軍公式戦への登板機会がないまま、9月23日に現役引退を発表した。チームが当時リーグ優勝を射程圏内に収めていたことから、引退記者会見の後には、一軍の試合前のナインの円陣に参加。「俺のために優勝しろ」と書いた紙を見せることで、チームを鼓舞した。チームが優勝した後の9月30日には、引退試合として、札幌ドームのロッテ戦で先発。「打者1人のみの対戦」という条件でマウンドに立つと、先頭打者の清田育宏を空振り三振に抑えたことで現役生活を締めくくった。なお、試合後に開かれた引退セレモニーでは、「俺のために日本一になれ」と絶叫。その後のクライマックスシリーズおよび、広島との日本シリーズでは、打撃投手としてチームに同行した。さらに、チームが10月29日に日本シリーズを制すると、栗山監督に続いて3回にわたって胴上げされた。