2009年12月11日にフロリダ・マーリンズとマイナー契約を結んだ。2010年7月3日にメジャー昇格。9月1日のワシントン・ナショナルズ戦で4回表の守備中、飛球を捕ろうと試みた際に手首を脱臼し、途中交代となった。29試合に出場し、3本塁打16打点、打率.318という結果で終えた。10月14日にFAとなったが、10月18日にマーリンズとマイナー契約で再契約した。2012年は開幕ロースター入りを果たしたが、6月10日にDFAとなり、AAA級ニューオーリンズ・ゼファーズに降格した。7月27日に再昇格したが、8月3日にハムストリングを痛め、8月8日に故障者リスト入りした。8月19日に故障者リストから復帰。この年は52試合に出場し、3本塁打12打点1盗塁、打率.216だった。10月17日にFAとなった。
2008年11月15日にボルチモア・オリオールズとマイナー契約で合意。2009年はAAA級ノーフォーク・タイズでプレーしたが、肘の故障の影響で3試合の出場にとどまり、11月9日にFAとなった。
2006年11月28日、金銭トレードでオークランド・アスレチックスへ移籍。2007年は開幕をAAA級サクラメント・リバーキャッツで迎えた。5月26日にメジャーに昇格したが、1試合のみの出場で降格し、6月8日に再び昇格。42試合に出場し、6本塁打21打点1盗塁、打率.290だった。2008年は46試合に出場し、3本塁打13打点2盗塁、打率.184だった。10月9日にFAとなった。
2002年、MLBドラフト5巡目（全体138位）でカンザスシティ・ロイヤルズから指名され、6月23日に入団。2004年9月18日のクリーブランド・インディアンス戦でメジャーデビュー。9番・二塁手でスタメン起用され、4打数1安打だった。この年は7試合に出場した。2005年、昇格直後の7月20日のインディアンス戦でCC・サバシアから初本塁打を記録した。32試合に出場し、1本塁打8打点、打率.156だった。2006年はAA級ウィチタ・ラングラーズでプレーし、メジャー昇格はなかった。
日本での生中継の放送は、日本放送協会（NHK）の衛星放送チャンネル "BS1" で行われた。実況は高瀬登志彦が、解説は斎藤隆が務め、さらに第3戦のみゲストとして宇宙飛行士の野口聡一も出演した。第3戦開催都市テキサス州ヒューストンにはアメリカ航空宇宙局のジョンソン宇宙センターがあり、野口は1996年から同市に在住しているため「地元としては、ぜひアストロズに勝ってもらいたい」と話した。斎藤は2006年から2008年までドジャースに在籍していたため「OBとしては、今年こそはトロフィーに手が届くのではないかと思って」観ていたといい、またアストロズについては、先発投手をリリーフに投入する戦いぶりを自身も出場した2013年の日本シリーズでの東北楽天ゴールデンイーグルスに重ね合わせた。
宅和本司、杉浦忠、ジョー・スタンカら、派手な活躍をしたエースの陰に隠れながら、アンダースローからのシュート・シンカーと制球力を武器に長く2番手投手として南海投手陣を支えた。皆川の球質は、打者の手元で浮き上がる杉浦とは異なり、ストレートそのものが沈み気味であるうえ、シンカーはさらに大きく落ちるという特徴があった。毎年、安定して2桁勝利を挙げ続けてきたが、張本勲や榎本喜八といった左の強打者への攻めに限界があった。このため、投球の幅を広げるべく、野村克也と小さく鋭く曲がるスライダーの開発・習得に取り組んだ結果、1968年シーズン前にカットボールを習得した。オープン戦最後の巨人戦で王貞治相手に試し、どん詰まりのセカンドフライに仕留め、その効果を確認したという。皆川は王を打ち取ったときにマウンド上で満面の笑みを見せ、野村はそのときの嬉しそうな顔を忘れられないと語っている。同い年、同チームで、同じくアンダースロー（に当時は分類されることが多かった）の杉浦忠とは、「本格派」と「技巧派」、「太く短く」と「細く長く」など、対比されることが多い。野村は、杉浦を「華やかな表看板」、皆川を「地味な縁の下の立役者」と表現している。皆川自身は「杉浦の陰で咲く花」と評されても反論せず「スギ（杉浦）はスギ。僕は僕」と笑顔で黙止したという。1969年秋のドラフト1位の佐藤道郎が入団したころ、チームには“太く短く”をモットーとする「杉浦派」と“細く長く”の「皆川派」という言葉があったという。野村克也とは同い年の同期入団であり、15年以上に渡ってバッテリーを組んだ。皆川自身は「221勝のほとんどが野村に助けられたもの」と言っているが、豊田泰光は「好リードでその力を引き出したのは野村だったが、野村もまた抜群の制球力を利用した研究によって、随一の配球理論を構築したという面があるだろう」と述べている。遊撃手時代、守備に苦手意識を持っていた広瀬叔功は自著で、「私にとって、皆川氏は、実は大の苦手だった。皆川投手の落ちる球で、相手打者はゴロばかり。ショート守備の下手クソさが目立って仕方がない。逆に言えば、相手を三振に仕留めてくれるスギやん（杉浦）のありがたさをよく分からせてくれたのがこの皆川氏だった」と述懐している。中西太は「苦手な投手は存在したのか？」との問いに「そりゃあ、いましたよ(笑)。南海の皆川君が打てんかったなあ。手元で落ちる、外へは逃げるでね。サイドから見事に芯を外されたよ。いろいろ考えてねえ。打席で歩き打ちもやってみたよ。」と回顧している。