В возрасте тридцати семи лет Катаяма с дипломом бакалавра наук вернулся на родину, где мог стать преподавателем, журналистом, редактором или учёным-исследователем и хорошо обеспечить свою жизнь. Но он выбрал трудный и тернистый путь — путь революционера.
В конце XIX века в Японии наблюдался бурный подъём рабочего движения, и Сэн Катаяма фактически возглавил его. С группой товарищей он создаёт первые профсоюзные организации, на свои личные средства издаёт рабочие журналы, на страницах которых в простой и доходчивой форме пытается познакомить японских рабочих с социалистическим движением в странах Европы и Америки. Катаяма принимает участие в организации многочисленных митингов, проводит собрания среди рабочих, совершает агитационные поездки по стране. Много сил и энергии прилагает для образования социал-демократической партии Японии. В годы русско-японской войны Катаяма развернул широкую антивоенную пропаганду. Он писал, что японские и русские рабочие не питают вражды и ненависти друг к другу, и у них нет никаких оснований сражаться друг с другом.
С 1910 года в Японии наступает период чёрной реакции. Профсоюзы были разогнаны, социал-демократическая партия закрыта. Полицейским гонениям подверглись очень многие прогрессивные общественные деятели. И в этих исключительно сложных условиях, неожиданно для бесчинствующей полиции, в Токио вспыхнула забастовка шести тысяч трамвайщиков. Хорошо подготовленная и организованная, она закончилась победой рабочих. Забастовка показала, что реакции не удалось задушить рабочее движение в Японии. За участие в руководстве забастовкой Катаяма девять месяцев просидел в тюрьме. На суде обвинитель в своей речи сказал, что «Катаяма опасный человек, ибо это — тигр в овечьей шкуре, и подлежит высшей мере наказания».
Тюремный режим с его пытками и истязаниями сильно подорвал здоровье Катаямы. После заключения за ним была установлена круглосуточная слежка, газеты и журналы не помещали его статей. Издававшаяся им газета была оштрафована на сумму, уплатить которую он не мог, и она прекратила своё существование. Его семья фактически оказалась лишённой куска хлеба.
По совету и при помощи товарищей Катаяма в сентябре 1914 года эмигрирует в США.
Вначале он поселился в Сан-Франциско, но японский консул и здесь продолжал травлю Катаямы, тогда он срочно переехал в Нью-Йорк. В «демократической» Америке найти работу японцу, считавшемуся «цветным», было нелегко. Несмотря на свои знания и диплом, Катаяма смог работать только грузчиком, уборщиком, полотёром или садоводом. Так этот мужественный человек зарабатывал средства не только на жизнь, но и для революционной деятельности. Он находил время, чтобы писать статьи для прогрессивных журналов, в которых выступал против империалистической войны. Для японцев-эмигрантов он издавал журнал, небольшой по объёму, но на японском языке.
Октябрьскую революцию Катаяма встретил с восторгом, сразу оценив её всемирно-историческое значение. Он организовал группу японских коммунистов. Сотрудничая в американском Бюро Коминтерна, распространял Манифест и Обращение Коминтерна к рабочим всех стран; переслал эти документы также и в Японию.
Кроме этого, он много сделал для объединения американского коммунистического движения и вошёл в состав первого ЦК американской компартии. С 1920 года, преследуемый американской полицией, Катаяма уходит в подполье.
В 1922 году в Советской России по решению III конгресса Коминтерна должен был проходить I съезд трудящихся Дальнего Востока; Сэн Катаяма, являясь одним из его инициаторов и организаторов, покидает Америку и едет в Россию.
В Москву он приехал холодным снежным утром 14 декабря 1921 года. Этот уже пожилой, шестидесятидвухлетний человек с огромным интересом знакомился со столицей молодого социалистического государства. Он до конца своих дней остался жить в Советской России, посильно помогая и разделяя с её населением все трудности жизни того времени. Катаяма хорошо понимал большую значимость для истории всего международного движения событий этого раннего периода становления молодого социалистического государства и оставил свои первые впечатления о них.
Время было тяжёлое; только что окончилась гражданская война, хозяйство в стране оказалось разрушенным, и население полностью ещё не оправилось от страшного голода. Весь облик Москвы хранил отпечаток только что пережитых суровых дней. Дома в городе уже много лет не ремонтировались, стояли выцветшие, с облезлой краской и обвалившейся штукатуркой. Многие из них осели и дали трещины. Мостовые были изрыты ямами. Даже в столице лишь кое-где встречались магазины, в витринах которых выставлялись какие-то старые товары ещё дореволюционного времени. По вечерам в помещениях зажигали керосиновые лампы.