Durante la Guerra Ruso-Japonesa de 1904-1905, un enfrentamiento naval, la Batalla de Korsakov, tuvo lugar en la ciudad en agosto de 1904. En 1905, el Japón conquistó Sakhalin
en las últimas etapas de la guerra, y el sur de Sakhalina, incluyendo Korsakovsky, fue entregado a Japón en 1905 después de la derrota de Rusia en la guerra. Los rusos quemaron la ciudad de madera antes de la entrega. Sobre las cenizas del Fuerte Korsakovsky, los japoneses construyeron una ciudad moderna revestida de piedra con calles pavimentadas y electricidad, renombrándola "Ōtomari" (大泊), una traducción de las palabras Ainu "Poro-an-tomari" (gran puerto). La ciudad fue temporalmente la capital de la Prefectura de Karafuto entre 1905 y 1907. Mientras estaba en manos japonesas la ciudad creció sustancialmente. Una colonia penal bajo la administración de Rusia, Ōtomari mantuvo la práctica del trabajo forzoso: los japoneses trajeron miles de coreanos étnicos a Ōtomari como trabajadores. La población coreana actual de Korsakov es descendiente principalmente de esos reclutas de trabajo.