Dopo un'altra presenza nel motomondiale 2004, sempre grazie ad una wild card per il GP del Giappone, stavolta nella classe 250 e giungendo al traguardo in ottava posizione, e una seconda presenza l'anno successivo senza ottenere punti validi per la classifica iridata, nel 2005 vince anche il campionato giapponese 250. Nel 2006 corre la sua prima stagione completa nel motomondiale, sempre nella stessa classe con il numero 73 nel team ufficiale Repsol Honda, con compagno di squadra prima Sebastián Porto e poi, in seguito al ritiro di quest'ultimo dalle competizioni agonistiche, il colombianoMartín Cárdenas. In questa annata ritrova come avversario nella sua stessa categoria il fratello Hiroshi Aoyama che corre con il team Red Bull KTM GP 250. In questa prima stagione intera si piazza all'ottavo posto nella classifica generale con 99 punti e l'anno seguente giunge invece al 12º posto con 90 punti.
Nel 2008 si trasferisce nel campionato mondiale Superbike con il team Alto Evolution Honda in sella alla Honda CBR1000RR. I risultati però non sono positivi, infatti è spesso classificato in posizioni fuori dalla zona punti, totalizzando soltanto 5 punti che gli valgono la trentesima posizione in campionato.
Ritorna nella classe 250 del motomondiale nel 2009, inizialmente solo come wild card al Gran Premio motociclistico del Giappone, poi in seguito prende parte alle ultime quattro gare in calendario con una Honda RS250RW del Racing Team Germany come pilota sostitutivo. Prendendo parte a soli 5 gran premi ottiene 27 punti, chiudendo diciannovesimo nella graduatoria piloti. Sempre nella stessa stagione corre le ultime quattro prove del campionato spagnolo velocità nella classe Moto2,[2] ma l'impossibilità di trovare un ingaggio per il motomondiale del 2010 lo spingono a ritirarsi dalle competizioni motociclistiche a soli 26 anni.[3]
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