2010年，大阪樱花升级至甲级联赛。5月15日，联赛半程最后一场比赛主场迎战神户胜利船，香川真司在上半场补时阶段凭一记直接任意球取得进球，帮助球队取胜。在该赛季的半程比赛中，香川真司代表大阪樱花在联赛11场比赛中出场打入7粒进球。

2010年7月1日，21岁的香川真司以35万欧元的身价从大阪樱花转会至德国足球甲级联赛球队多特蒙德足球俱乐部，身披俱乐部“23”号球衣。8月14日，香川真司在德国杯对阵瓦克尔布格豪森队的比赛中首发打满全场，完成了在德国赛事中的首秀。8月19日，欧足联欧洲联赛附加赛多特蒙德主场迎战卡拉巴克，香川首发出场并上演梅开二度，首次在德国的正式比赛中取得进球。9月16日，香川真司在德甲联赛第3轮对阵沃尔夫斯堡的比赛中取得个人在德甲联赛的首个进球。赛季半程，香川真司代表多特蒙德在联赛17场比赛中出场打入8粒进球，当选德甲半程最佳球员。联赛下半程，香川真司因伤缺席16轮联赛，直至联赛最后一轮替补出场宣告回归。

2011年11月23日，欧洲冠军联赛小组赛第5轮多特蒙德客场挑战阿森纳，比赛香川真司在比赛第92分钟劲射破门，打入了个人在欧冠赛场上的首个进球。2012年4月21日，德甲联赛第32轮多特蒙德主场迎战门兴格拉德巴赫，香川真司在比赛第59分钟取得进球，帮助球队扩大比分取胜并提前2轮锁定2011-12赛季德甲联赛冠军。5月12日，在德国足协杯决赛多特蒙德对阵拜仁慕尼黑的比赛中，多特蒙德以5-2的比分获胜夺冠，香川真司也在比赛中贡献一粒进球。该赛季，香川真司代表多特蒙德在德甲联赛31场比赛中出场打入13粒进球，在德国足协杯及欧冠联赛中共出战11场，打入4粒进球。

2012年6月5日，英格兰足球超级联赛球队曼彻斯特联足球俱乐部宣布香川真司加盟球队在多特蒙德效力两年，转会费1700万镑。6月22日，香川真司通过体检并取得英国劳工证后正式加入球队，身披26号球衣。8月20日，香川真司在英超联赛揭幕战中首发打满全场，完成了英超联赛的首秀。8月25日，英超联赛第2轮曼联主场3比2取胜富勒姆队，香川真司为曼联打入了个人处子球。10月23日，香川真司在欧冠联赛第3轮曼联对阵SC布拉加队的比赛中左膝负伤下场，赛后确诊伤停2个月。2013年3月2日，英超联赛第2轮曼联主场迎战诺维奇城队，香川真司在比赛中打入3球，成为首位在英超联赛中上演帽子戏法的亚洲球员。该赛季，香川真司代表曼联在英超联赛20场比赛中出场打入6粒进球，帮助球队获得2012-13赛季英超联赛冠军，这也是香川真司代表球队连续第3年获得欧洲顶级联赛冠军。

2013年8月17日，2013-14赛季英超联赛开幕，大卫·莫耶斯接任阿莱克斯·弗格森的主教练职位，香川在赛季初没有获得出场机会。12月4日，香川真司确诊呼吸困难被送往医院治疗。该赛季，香川真司代表曼联在英超联赛18场比赛中出场，没有取得进球；在英格兰足总杯及欧冠联赛中共出战9场。

2014年8月31日，德国足球甲级联赛球队多特蒙德足球俱乐部宣布香川真司将重回俱乐部，身披“7”号球衣；双方签订了为期4年的合同，合同期至2018年6月30日。2015年5月23日，德甲联赛最后一轮多特蒙德对阵云达不莱梅队，香川真司在比赛中为球队贡献1个进球和2个助攻，帮助球队取胜并升至积分榜第7位，取得了下赛季欧联杯资格赛的参赛资格。该赛季，香川真司代表多特蒙德在德甲联赛28场比赛中出场打入5粒进球，在德国足协杯及欧冠联赛中共出战10场，打入1粒进球。

2015年8月，托马斯·图赫尔接任多特蒙德主教练，香川真司成为其4-3-3阵型体系中的边前卫球员；香川真司的球衣号码在新赛季更换为“23”号。2016年4月2日，香川真司完成了其在德甲联赛的第100场出场。该赛季，香川真司代表多特蒙德在德甲联赛29场比赛中为球队贡献9粒进球和9个助攻，在德国足协杯及欧联杯中共出战17场，打入4粒进球。赛季结束后，香川真司入选2015-16赛季德甲联赛年度最佳阵容。

2016年11月22日，欧冠联赛第5轮多特蒙德主场迎战华沙莱吉亚，香川真司在比赛的17分钟和18分钟各入一球，两个进球的间隔76秒，这也是欧冠历史上最快的连续进球纪录。2017年4月3日，香川真司在联赛第27轮对阵汉堡队的比赛中取得赛季的首粒进球。该赛季，香川真司代表多特蒙德在德甲联赛21场比赛中出场打入1粒进球，在德国足协杯及欧冠联赛中共出战8场，打入5粒进球。

2017年7月14日，多特蒙德宣布将香川真司的合同延长至2020年。

2019年1月31日，香川真司租借至土耳其足球超级联赛球队贝西克塔斯足球俱乐部，租借期至赛季结束。

北京时间2019年8月9日，多特官方宣布，球队的日本中场香川真司转会萨拉戈萨足球俱乐部，他将与西乙球队签约两年。

2020年10月3日，萨拉戈萨官方宣布与香川真司解约。

2021年1月28日，香川真司加盟希腊足球超级联赛的塞萨洛尼基足球俱乐部。

2021年12月，希腊俱乐部塞萨洛尼基官方宣布，球队与香川真司解约。

2022年8月28日，比甲联赛第6轮，圣图尔登足球俱乐部3-1战胜梅赫伦足球俱乐部。香川真司主罚点球一蹴而就，时隔776天后再度取得进球，帮助球队扳平场上比分。

2023年2月1日，大阪樱花足球俱乐部官方宣布，香川真司正式加盟。

2023年2月5日，大阪樱花为香川真司专程召开见面会，新赛季香川真司将身披8号球衣。

2023年3月12日，J1联赛第4轮，香川真司打入回归J1联赛首球，帮助大阪樱花2-1战胜鸟栖砂岩。这也是他时隔4684天再次在J1联赛进球。

2023年6月25日，J1联赛第18轮全部比赛落下帷幕，香川真司收获联赛第二球，帮助大阪樱花在客场4-1大胜札幌冈萨多。

2023年12月，大阪樱花官方宣布，成功与香川真司更新合约，球员将继续为球队出战2024赛季J1联赛。

2006年10月，香川真司入选日本U-19国家队，代表球队参加亚足联青年锦标赛并获得亚军。

2007年6月，香川真司入选日本U-20国家队加拿大U-20世界杯大名单，代表球队参赛2场。

2008年5月，香川真司首度入选日本国家男子足球队。5月24日，在麒麟杯对阵科特迪瓦队的比赛中首次代表日本国家队替补登场。8月，入选日本U-23国家队北京奥运会大名单，代表球队参赛3场。同年8月20日，在麒麟杯对阵阿联酋队的比赛中，香川真司取得个人在国家队中的首粒进球。

2010年6月，香川真司没有入选日本队出征2010年南非世界杯的大名单，但以支持成员的身份与队伍同行出征。

2011年1月，日本队夺得2011年卡塔尔亚洲杯冠军，香川真司在赛事前5场比赛中首发出场，并贡献两粒进球。在半决赛对阵韩国队的比赛中，香川真司右脚骨折负伤下场，无缘参加本届赛事决赛。

2014年，香川真司入选日本队出征2014年巴西世界杯的大名单，这是香川真司首次参加世界杯赛事。本届世界杯，香川真司在小组赛3场比赛中均获得了出场机会。最终日本队在小组赛中遭遇淘汰。

2015年1月，香川真司入选日本队出征2015年澳大利亚亚洲杯的大名单，在小组赛3场比赛中打入1个进球。四分之一决赛，日本队与阿联酋队在120分钟的常规比赛内各进一球，比赛进入点球大战，香川真司作为球队最后一名主罚者射失点球，使球队无缘半决赛。

2018年6月19日，2018年俄罗斯世界杯小组赛，日本对哥伦比亚开场后不久，哥伦比亚的卡洛斯·桑切斯在禁区内手球犯规，主裁判直接出示红牌将其罚下，随后香川真司主罚点球命中。

香川真司具有出色的人球结合能力，欧洲一流的组织传球技术，还具有更优良的得分能力，23岁的时候就拥有两个德甲联赛冠军。尤其是香川承担中场组织重任，在德甲拜仁一家独大之下卫冕德甲不是普通人能做的事。（中国新闻网评）

香川真司不是一个传统的“playmarker”，而是现代化的进攻型中场。他的特长并非走“控球-观察-致命输送”的套路，而是无需脚下大量控球，通过精准的传球、突破和跑位等手段将复杂的进攻问题简单化。换言之，就是在不断的移动与配合中寻找战机，尤其是在由守转攻的过程中，采用最合理、最高效的方式来主导进攻。这种以扎实基本功为基础的足球风格，让香川在多特踢的得心应手。多特的球员既有身体有技术有速度，又注重快节奏中传切小配合。正是在这种环境当中，香川真司才成长为德甲最优秀的前腰，完成了最华丽的演出。（腾讯网评）