Diseñó muchas de las aeronaves utilizadas por Servicio Aéreo del Ejército Imperial Japonés durante la Segunda Guerra Mundial.
Se considera que su trabajo más importante fue el Kawasaki Ki-61 (designación aliada “Tony”).
[1] Durante su etapa universitaria, fue compañero de Jirō Horikoshi (el diseñador del Mitsubishi A6M Zero) junto a otros destacados ingenieros aeronáuticos japoneses.
Durante esta etapa, se considera que trabajo más importante fue el caza Kawasaki Ki-61, el rendimiento de esta aeronave era equiparable con la del Mitsubishi A6M Zero, diseñado por su compañero universitario Jirō Horikoshi.
Doi fue asignado Diseñador Jefe del equipamiento aeronáutico de la nave.