入団当時は投手として登録されていたが、プロ入り前に左腕を酷使した後遺症で制球と球威に乏しく自他共に認める「軟投派」タイプであった。当時の監督の藤本定義も川上の打撃に注目して打者として育てようと考えていたが、チームは投手が不足していたので投手も兼任させた。熊本工でバッテリーを組んでいた吉原が開幕試合で新人ながらスタメン出場し、同期の千葉が二塁手として活躍しているのを見て「早く打撃に専念すればいいが…」とこぼしていた。春シーズン（当時のプロ野球は春・秋の2シーズン制が採られていた）は川上は投手と打者の両方で起用されたが、いずれも成績は芳しくなかった。
川上が野手に転向したのは春シーズンが終わり、秋シーズンに入る前に行われた夏のオープン戦だった。当時の正一塁手だった永沢富士雄の怪我により、急遽一塁手として出場した試合で3安打の活躍を見せると、藤本定義監督から「ファーストミットを用意せよ」と言い渡され、川上は大喜びした[9]。この年の秋シーズンから一塁手として定着する。翌1939年から内野手として登録されるが、1941年までは投手も兼業していた。
1939年から1シーズン制に戻り、19歳にして史上最年少での首位打者を獲得[1]。同年は116安打・169塁打で松木謙治郎の日本記録を更新（安打数は翌年に鬼頭数雄が更に更新した）、12三塁打も当時の最多記録となった（翌年に鬼頭が更新）。75打点は景浦將を抜く戦前最多（1946年に山本一人が更新）。以後1940年にシーズン41長打・190塁打の戦前最多記録を放ち（1946年に長打数を藤村富美男が、塁打数を大下弘がそれぞれ更新）、1941年にも首位打者に輝いた。「投手で四番」の先発出場を3回記録しており、4月10日の南海戦では投手として出場しながら5安打を放った。10月20日の対イーグルス戦（阪急西宮球場）では当時の日本プロ野球タイ記録となる1試合12与四死球を記録（四球11死球1、5失点で敗戦投手）[10]。1942年のシーズン終了後、徴兵のため巨人をいったん退団する。
1944年に入営。立川陸軍航空整備学校の教官（陸軍少尉）を務め、部下に丹波哲郎、虫明亜呂無、芥川比呂志がいたが、丹波と虫明は後年、著書で川上からよく殴られていたと記している。内地で終戦を迎えた川上は郷里の人吉に帰り、家族を養うために農業に専念していた。プロ野球は1946年4月からペナントレースが再開され、巨人は川上に対して選手復帰を申し立てた。しかし、川上は人吉の家族を扶養することを考え、「もし3万円貰えるなら巨人に復帰する用意がある」と伝えた。これは、プロ野球で初めて選手が球団に対して契約金を要求したことになるものであり「三万円ホールドアウト事件」とも言われる。条件を呑んでもらえたこともあり、1946年6月から巨人に復帰した。 この節は検証可能な参考文献や出典が全く示されていないか、不十分です。出典を追加して記事の信頼性向上にご協力ください。（このテンプレートの使い方）
第二次世界大戦後
出典検索?: "川上哲治"
1946年
1946年8月26日の中日戦で、銀座の運動具メーカー南風運動具店からプレゼントされた赤いバットを使ってプレーした。この「赤バット」は川上のトレードマークとなり、青バットを使用した大下弘と共に鮮烈な印象を与えた。この運動具メーカーとの契約は、プロ野球選手のCM出演第1号とも言われる[注釈 5]。赤バット・青バットは同年限りで使用を禁止されたが、ファンには強烈な印象を残した。1949年には当時の日本記録であるシーズン129打点を叩き出した(翌年に小鶴誠が更新)。またこの記録は長らく日本人左打者のシーズン打点記録でもあった(2022年に村上宗隆が更新)。
1947年シーズン途中から巨人の監督に三原修が就いた。三原はスターを重用し川上も三原を慕っていたが、一方で若手や他球団から移籍した選手は自分たちの扱いに不満を持ち、1949年シーズン終了後一部の「反三原」らの選手たちが決起して監督の三原を排斥して水原茂を擁立しようとした「三原監督排斥騒動」が持ち上がる。川上はこの動きに反対していたが、球団は選手たちの圧力に屈して三原を更迭して水原を監督に据えた。川上は水原に対していい感情を持っておらず、また水原はチームの主力選手になっていた川上を叱責するなどの確執が見られた。
当時の川上は試合終了後に宿舎で深夜まで素振りをするなど、チーム内では練習熱心で知られていた。そして1950年のシーズン途中に、多摩川のグラウンドで打撃投手を個人的に雇って打撃練習をしていたところ、球が止まって見えるという感覚に襲われた。これが「ボールが止まって見えた」という有名なエピソードである。これについては、川上本人が、ボールが止まって見えたことの経験を語るインタビューのビデオが存在する[12][注釈 6] 。
1950年、シーズン2度の1試合3本塁打を記録（3月14日、4月16日）。これは1989年にラルフ・ブライアントがシーズン4度記録するまで最多記録だった。
