Suite au départ de Julian Simon et de Mika Kallio pour la catégorie 250cc fin 2006, Tomoyoshi Koyama est annoncé chez Red Bull KTM pour la saison suivante. Le pilote japonais se fait remarquer en 2005 en s’emparant du titre de Rookie of the Year et en terminant huitième au classement général, mais sa saison 2006 est marquée par plusieurs blessures.

Récompensant KTM pour leur confiance en 2007, il remporte son premier Grand Prix à Catalunya où il monte sur le podium en compagnie de son co-équipier Randy Krummenacher, et obtient plusieurs secondes places en Grande-Bretagne, en Allemagne et en Malaisie avant de finir le Championnat en troisième position.

Toujours chez KTM en 2008 au sein du team ISPA KTM Aran, Koyama chute à la 17è place dans le classement et ne remonte pas sur le podium. Le pilote originaire de Kanagawa espère bien revenir aux avant-postes en 2009 avec le team Loncin Racing, mais connaît une saison encore plus décevante avec un seul top dix et sept abandons, et une 24ème place au final. Le japonais espère relancer sa carrière en 2010 avec Racing Team Germany.