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2003年オフにはFA権を行使。ジョー・アーボンを代理人とし、11月にシカゴ・ホワイトソックスと年俸75万ドルの1年契約を結ぶ。2004年4月9日のニューヨーク・ヤンキース戦でメジャー初登板を果たし、最初の打者として松井秀喜と対戦。その後はビリー・コッチに代わりクローザーを務める。開幕から無失点を続け、6月3日のミネソタ・ツインズ戦まで24試合連続無失点を記録し、監督のオジー・ギーエンは「マリアノ・リベラでも連れてこない限り、シンゴは我々にとって最高のクローザーだ」とコメント。最終的にリリーフ投手中リーグ3位のWHIP0.98と同8位の防御率2.31を記録する投球で19セーブを記録した。10月28日には球団がオプションを行使し年俸250万ドルの1年契約を結んだ。2006年に古田敦也が監督に就任したこともあり、入団テストを経て3年ぶりにヤクルトに復帰。シーズン当初は中継ぎを任されたが、石井弘寿、五十嵐亮太が故障離脱した後は主に抑えを務めた。10月7日の対広島戦（神宮）で日米通算300セーブを達成。このシーズン、チーム最多の13セーブを挙げた。日米合計で通算300セーブを達成した日本人選手は佐々木主浩に次いで史上2人目。
2007年は前年同様、抑え投手を任された。6月30日の対中日戦（秋田）に登板したその夜に宿舎のホテルで入浴中に足を滑らせて転倒し、左足親指を剥離骨折（全治3週間）し戦線離脱。夏場には救援失敗を繰り返し、8月半ばから再び二軍に降格。約1か月後に一軍へ復帰し抑えに復帰。最終戦翌日の10月10日、戦力外通告を受けた。現役続行の意向を表明していたものの、12球団合同トライアウトについては「自分にもプライドがあるし、考えていない」と否定し、結局2回とも参加せず獲得の連絡を待ったが獲得する球団は無かった。11月30日付で自由契約公示された。
サイドスローから投げる時速140km/h前後のストレートと130km/h台、110km/h台、100km/h台の3種類のシンカーが武器。自身最大の武器である100km/h台のシンカーは、当時ヤクルトの監督を務めていた野村克也から「お前のストレートはプロでは通用しない。野球で飯を食いたければ西武の潮崎哲也のシンカーを盗め」と言われて完成させたもの。ヤクルトは日本シリーズで潮崎のシンカーに苦しめられていた。シンカーの速度がアメリカの他の選手の投げるものより数段遅いため、解説者からはチェンジアップと呼ばれていた。日本では投球のほとんどがストレートとシンカーのみであったが、メジャーではカーブも投げるようになった。
登板時、得点圏までランナーをためるが後続をしっかり抑える投球スタイルは「高津劇場」と呼ばれた。
日本シリーズでの通算8セーブ、10セーブポイントは日本記録である。また、日本シリーズでは通算11試合に登板して無失点である。ホワイトソックス移籍後も24試合連続無失点を記録したこともあり、Mr. Zeroと呼ばれた。このような投球スタイルから、ホワイトソックス時代には、USセルラー・フィールドに「It's SHIGO TIME!」の表示が灯った。
2013年10月23日、2014年より一軍投手コーチとして東京ヤクルトスワローズに復帰することが発表された。