1961 tauchte der Name Mitsuo Itoh zum ersten Mal in einer Nennliste zu einem Motorrad-Weltmeisterschaftslauf auf. Beim Grand Prix von Frankreich nahm er in Clermont-Ferrand an den Rennen der Klassen 125 cm3 und 250 cm3 teil. Beide Male sah der Japaner allerdings keine Zielflagge. Auch auf der Isle of Man musste er die Rennen vorzeitig beenden. Das Jahr 1962 verlief wesentlich erfolgreicher. In der neu geschaffenen Hubraumklasse bis 50 cm3 stand er beim auf der Solitude ausgetragenen Großen Preis von Deutschland hinter seinem Suzuki-Teamkollegen Ernst Degner und dem Kreidler-Fahrer Hans-Georg Anscheidt als Dritter zum ersten Mal auf dem Podium. Auf dem Sachsenring und in Monza war er als Zweitplatzierter knapp daran, zum ersten Mal einen Weltmeisterschaftslauf zu gewinnen. Mit 23 Punkten beendete er seine erste volle WM-Saison an der fünften Stelle. Auch in der Achtelliterklasse gelang ihm mit Rang 3 beim Großen Preis von Argentinien ein Spitzenresultat. Im Jahr darauf schrieb Itoh Motorradgeschichte. Mit fast einer halben Minuten Vorsprung auf den späteren Weltmeister Hugh Anderson sorgte er bei der Tourist Trophy auf der Isle of Man in der Klasse Ultra-Lightweight für den ersten und bis heute einzigen Sieg eines japanischen Rennfahrers. Am Ende des Jahres war er wieder Fünfter der 50 cm3-WM. Seinen zweiten GP-Sieg errang der Suzuki-Pilot 1967 bei seinem Heimrennen auf der Rennstrecke von Fisco. Damit gelang ihm ein würdiger Abschluss. Neben seinen zwei Siegen stand er noch weitere elf Mal auf dem Podium, vier Mal schloss er die 50 cm 3-WM an der fünften Stelle ab und einmal gelang ihm sogar die schnellste Rennrunde. Insgesamt sammelte er 93 WM-Zähler. Der zweifache Grand-Prix-Sieger versuchte sich nach seinem Abschied von Motorradrennsport mit Erfolg auch auf vier Rädern. 1970 startete er auf dem Fuji International Speedway in einem im Can-Am-Stil gebauten Suzuki Fronte RF-Einsitzer im JAF-Grand-Prix-Formel-Junior-Rennen, das er gewann auch für sich entscheiden konnte. Auch nach seinem endgültigen Rücktritt vom Rennsport blieb er dem japanischen Motorradhersteller verbunden. Er war nicht nur maßgeblich an der Entwicklung beteiligt, Itoh managte auch jahrelang die Grand-Prix-Auftritte von Suzuki. Für seine Leistung bei der TT 1963 wurde er im vergangenen Dezember in die Motorcycle Sport Hall of Fame (MFJ) Japans aufgenommen. Am 3. Juli starb der am Neujahrstag 1937 Itoh im Alter von 82 Jahren.