В 1904 году окончил военную академию. Служил в различных полках. В 1912 окончил штабной колледж. Был направлен военным атташе в Пекин. В 1920-е годы руководил разведывательной службой японской армии в Восточной Сибири и Северном Китае. В 1926—1927 — во втором пехотном полку. В 1927 — в третьем пехотном полку
В 1927—1928 — в 1-й дивизии. Был военным советником маршала Чжан Цзолиня, причастен к организации его убийства. В 1929—1930 командир 30-го полка.
В 1931 начальник разведывательной службы Квантунской армии, главный организатор так называемого Маньчжурского инцидента (сентябрь 1931), послужившего в качестве предлога для захвата японскими войсками Маньчжурии. Губернатор оккупированного японцами Мукдена. Организовал приезд в Маньчжурию последнего китайского императора Пу И, который стал регентом (1932), а затем императором (1934) Маньчжоу-Го. В 1931—1932 — референт-адъютант генерала Нисио Тосидзо, главного японского военного советника при Пу И. В 1932—1933 командир 9-й бригады.
В 1932—1933 командир 9-й бригады. С апреля 1933 по май 1934 — начальник разведывательной военной миссии в Мукдене. С 1934 — начальник штаба Китайской (гарнизонной) армии. В 1937—1939 — командир 14-й пехотной дивизии в Китае. Участвовал в боях в районе озера Хасан и в районе реки Халхин-Гол.
С августа 1939 по ноябрь 1941 командовал 5-й армией, дислоцированной в Маньчжурии. В 1940 член Высшего военного совета, затем начальник Военной академии. В 1941—1943 генерал-инспектор армейской авиации. В мае 1943 назначен командующим Восточной армией, штаб которой был размещен в районе Токио. 22 марта 1944 под командованием Доихары был сформирован 7-й фронт, которому подчинялись войска 16-й, 25-й и 29-й армий, дислоцированные в Сингапуре, Малайе. Борнео, на Суматре, Яве. С апреля 1945 командующий 12-м фронтом (штаб в Токио). С 21 июля по август 1945 — генерал-инспектор военной подготовки. В последние месяцы войны возглавлял 1-ю главную армию, предназначенную для обороны Японских островов.
После капитуляции Японии 21 сентября 1945 года арестован оккупационными властями. Был одним из обвиняемых на Токийском процессе. На суде отказался давать показания. Приговорен к смертной казни. 23 декабря 1948 повешен в тюрьме Сугамо.