2학년 봄엔 최고구속 151km/h를 기록하더니 하계 고시엔 대회에선 4회부터 등판해 150km/h를 기록, 다나카 마사히로에 비견되는 고교 2년생 최고구속 타이기록을 세웠다. 3학년이 되면서 춘계 고시엔에서 11사사구 9실점으로 망신살을 구기기도 했지만 하계 도내대회 준결승전에선아마추어 야구 사상 최초인 160km/h를 던져버리면서 세간의 이목을 끌었다.
고교시절부터 웬만한 프로선수도 던지기 힘든 160km/h를 던진 점과 훌륭한 체격은 일본프로야구 구단뿐만 아니라 메이저리그 구단들의 이목을 끌기에 충분했고 오타니 본인도 "나는 메이저리그를 동경해왔다. 젊었을 때 메이저에 가고 싶다"라고 메이저리그 진출 의지를 표명하면서 보스턴 레드삭스, 텍사스 레인저스, 로스앤젤레스 다저스 등 다수의 메이저팀의 러브콜을 받기도 했다.
11월 8일 개막전(첫 번째 한일전)이 열린 삿포로 돔은 오타니의 소속 팀인 닛폰햄의 홈 구장이라 일본이 전폭적으로 오타니를 밀어줬다는 의견까지 나왔다. 그러나 최고 161km의 직구와 147km의 포크볼이라는 충격과 공포의 투구로 한국 타선을 얼어붙게 했고 개막전 일본 야구 국가대표팀 승리의 1등 공신이 된다.
박병호 : "오타니 쇼헤이의 공은 살면서 처음 경험한 위력적인 공이었다. 정말 좋은 경험을 했다."