Mitoma memulai kariernya sebagai pesepakbola profesional di Kawasaki Frontale tepatnya pada Februari 2020. Di musim debutnya itu ia berhasil tampil menawan dengan catatan 13 gol dan 13 assist di J-League.
Nama Mitoma di musim tersebut seolah tak tergantikan di skuad asuhan Toro Onoki. Penampilan Mitoma bersama klub yang bermarkas di Kawasaki Todoroki Stadium itu berbuah manis dengan raihan trofi J-League dan Piala Jepang 2020-2021.
Trofi liga domestik Itu menjadi trofi ketiga Kawasaki Frontale yang sebelumnya sempat mereka raih pada musim 2017 dan 2018.
Walau tidak berhasil back to back juara J-League di musim berikutnya. Mitoma mampu mempersembahkan Piala Super Jepang 2021 dan itu menjadi trofi terakhir yang diraihnya bersama Kawasaki Frontale.
Kegemilangan Mitoma selama beberapa musim itu ternyata membuat salah satu klub Liga Inggris, Brighton and Hove Albion kepincut dengan talenta muda terbaik asal Negeri Sakura tersebut.
Klub berjuluk The Seagulls itu akhirnya berhasil merampungkan kepindahan Mitoma pada bursa transfer musim panas 2021 dengan biaya transfer mencapai 3 juta euro atau Rp52,41 miliar dengan kontrak selama empat musim.