柔道で世界の頂点に立った経歴から、その格闘家としてのポテンシャルの高さが期待され、アントニオ猪木と佐山聡の設立したUFOに入団した。1997年4月12日にプロ格闘家として必殺技の「STO（スペース・トルネード・オガワ）」をひっさげて新日本プロレスマットに立ち、デビュー戦はノンタイトルながら当時のIWGPヘビー級王者であった橋本真也にSTOからの裸絞めで勝利した。1か月後の5月3日新日本初の大阪ドームで行われた、同王座を賭けた再戦では、橋本から頭部へ蹴りを受け失神KO負けを喫した。この試合が唯一橋本に敗れた試合となった。以降スランプとなり、1997年8月10日の新日本ナゴヤドーム大会でグレート・ムタに敗れ、1998年4月4日に東京ドームで行われた、猪木引退興行「ファイナルイノキトーナメント」の対戦相手決定トーナメントではドン・フライに敗れ、猪木との対戦は叶わなかった。
柔道の特徴としては、左組み手から相手の奥襟を掴んで頭を下げさせながら、7500ccの肺活量にものを言わせてひたすら前に出て技を繰り出して相手のスタミナを消耗させ3分過ぎに仕留めることが少なくなかったことから、いわゆる｢3分間柔道｣と呼ばれることもあった。但し、このスタイルには無駄な時間浪費と批判する向きも合った。本人によると、自分の技は一瞬のひらめきで出てくるので得意技は特にないとのことだが、内股、小外刈、小外掛、支釣込足、体落、足車などが試合ではよく使われていた。後期になると掬い投げも多用するようになった。また、支釣込足で相手を崩して抑込技に移行するパターンもよく見られた。支釣込足や膝車では腕挫腕固を併用するパターンもよく見られた。このような関節技を併用した投げは本来ノースコアとなるが小川の場合はスコアが与えられるケースがあった。小川雄勢がこの技を引き継ぎグランドスラム・東京2017男子100kg超級決勝戦で小川直也が見守る中この技を出し技ありのスコアを主審が宣したがビデオ判定でルール通り技あり取り消しでノースコアとなった。寝技は抑込技が中心で、絞め技や関節技はあまり使わなかった。しかしながら大きな大会で抑え込一本確実な状態の横四方固からの腕緘（V1アームロック）、肩袈裟固からの腕挫腕固で勝利している。一方で学生時代に巻込技は使わないように指導されていたこともあって、巨体ながらそれを使うことはほとんどなかった。相手を問わず一本勝ちで勝利することが多かった反面、外国選手との対戦で負けた場合は一本負けが少なくなかったので、受けの点ではやや不安定な面もあった。
7月のアトランタオリンピックでは、準々決勝でクバツキから先に体落で有効を取るが終了間際に双手刈で有効を取り返されるものの3-0で判定勝ちするが、準決勝でドゥイエ相手に先に内股で有効を取られるがその後はよく攻めたものの結局ポイントを取り返せず敗れ、3位決定戦ではモラーに払巻込で敗れて5位に終わった
9月には全柔連に国際試合強化選手の辞退届けを提出し、現役を引退した
1997年2月にはJRAを退職してフリー格闘家への転向を表明した

私立八王子高等学校の面接試験の際には、体格のよさを後に恩師となる面接官の小野実に見込まれて、入学したら柔道をやってみないかと問われた際に、本当はラグビーに興味を持っていたが、印象を良くするために柔道をやってみたいと答え、無事合格を果たした。八王子高校に入学後、柔道部部長である小野と監督である川野昭吾の指導によって力を付け始め、高校3年の時に金鷲旗ではベスト16、インターハイ重量級では優勝した天理高校の中谷弘に敗れて入賞はならなかったが、国体では世田谷学園高校の古賀稔彦とともに活躍して東京都の優勝に貢献した。後の述懐では、高校3年の金鷲旗で何とか競り勝ってベスト16まで到着した時から、柔道に対する自信が付きはじめ、それまでとは何かが変わったと感じるようになったと回想していた。
1952年のヘルシンキオリンピックなど、以前から夏季オリンピックはNHKと民間放送が共同中継していたが1980年のモスクワ大会ではテレビ朝日が単独で放映権を獲得した ことが波紋を呼んだ。これをきっかけに放映権料の互助負担と、過度な値上がりの抑制や共同取材を目的として、1976年に共同取材組織の「ジャパンプール」（Japan Pool、共同製作機構）が、NHKと民間放送が系列の枠組みを超えて日本国内における夏季オリンピックの中継放映（放送）権を獲得した。なお1996年のアトランタオリンピック以降は、海外スポーツ中継専門の共同取材組織「ジャパンコンソーシアム」を結成している。なおジャパンプールは、天皇・内閣総理大臣・国務大臣の海外訪問や主要国首脳会議等で、海外共同取材を行う際に結成される組織である。その後、1998年の長野大会から冬季オリンピック、2002年の日韓大会からFIFAワールドカップも、それまでのNHKによる独占中継からジャパンコンソーシアムによる共同放送へ移行した。この背景には現地のスタッフ不足を補完する目的のほか、近年の放映権料高騰がある。しかし、1984年のサラエボオリンピック（冬季）以降、世界的に放映権料は増加の一途をたどり、2010・2012年の2大会分の放送権買い上げの交渉の際にジャパンコンソーシアムのメンバーから「『買わない』という選択肢もあるのではないか」という意見もあったという。またアジア太平洋放送連合（ABU）では1996年の香港総会で、スポーツの放映権高騰に懸念を示し「スポーツ放送権高騰問題についての声明」を決議している。なお、ラジオの冬季オリンピック中継については、かつては民放ラジオ局も中継を行っていたが、前述の長野大会を除き、現在はNHKのみとなっており、実況もすべてNHKのアナウンサーが担当している。テレビ中継とは異なり各競技ごとの解説者を置かない場合もあり、この場合はアナウンサーが競技の解説も兼務する。2006年のトリノオリンピックでは、一部テレビの実況音源を2次利用していた。放送は東京のNHKラジオセンター131スタジオと現地を直接結んで行われる。NHKラジオ第1放送でのFIFAワールドカップ中継はジャパンコンソーシアムの中継を受けず、NHKが独自に制作・放送している。東京の131スタジオで現地の国際映像を見ながらアナウンサーと解説者が実況する（オフチューブ形式）。