Di Amerika Syarikat, beliau adalah kakitangan untuk Wakil A.S. Stephen L. Neal dan Senator A.S. William V. Roth, Jr. Beliau memulakan kerjayanya dengan Mitsui & Co. Hayashi memasuki politik sebagai setiausaha kepada bapanya, Menteri Kewangan Yoshiro Hayashi, pada tahun 1992. Pada masa yang sama, beliau juga merupakan ahli kakitangan dasar untuk senator AS. Hayashi telah dipilih ke Dewan Ahli Majlis buat kali pertama pada tahun 1995. Beliau mewakili generasi keempat ahli politik dalam keluarganya dan telah menumpukan perhatian kepada pembaharuan pentadbiran dan cukai sejak memegang jawatan.[2] Beliau adalah cicit kepada Akira Tawarada, pengasas Ube Industries pada tahun 1942.[3][rujukan pekeliling] Syarikat ini menggunakan secara meluas buruh hamba tawanan perang Amerika dan Bersekutu di tiga lombong arang batu mereka di wilayah Yamaguchi.[4]

Hayashi dilantik ke Kabinet buat kali pertama sebagai Menteri Pertahanan pada 1 Ogos 2008.[5] Beliau memegang jawatan ini kurang daripada dua bulan, bagaimanapun; dalam Kabinet Perdana Menteri Taro Aso, dilantik pada 24 September 2008, Hayashi digantikan oleh Yasukazu Hamada.[6]

Selepas LDP kembali berkuasa dalam pilihan raya umum Disember 2012 Hayashi dilantik sebagai Menteri Pertanian, Perhutanan dan Perikanan.[7][8]

Pada 6 November 2021, pelantikan beliau sebagai Menteri Luar Negeri dalam Kabinet Kishida Kedua telah diumumkan.[9]

Hayashi ialah diplomat tertinggi Jepun pertama yang menghadiri mesyuarat menteri luar NATO di Brussels pada April 2022.[10]