Etter sin ordinasjon virket Hirayama som universitetsprest i Fukuoka før han ble kapellan ved den katolske katedral i Fukuoka i august 1958. I 1960 ble han sendt til Frankrike for videre studier, hvor han oppnådde en mastergrad i religionsundervisning fra Institut Catholique de Paris i 1962. Etter hjemkomsten var Hirayama personlig sekretær for biskop Dominic Senyemon Fukahori av Fukuoka. Fra 1964 til 1967 var han sokneprest i Kokura. Fra 1967 var Hirayama sogneprest i Kumamoto.