Né à Nagano d'une famille de la classe moyenne, il fait ses études secondaires avant d'aller travailler dans le textile jusqu'en 1936. Intéressé par l'aviation, Nishizawa s'enrôle dans un programme pour former des pilotes de réserve en cas de guerre. Il obtient son brevet de pilote de chasse en 1939 et devient lieutenant en 1941. A ce moment, il pilotait le Mitsubishi A5M déjà démodé face aux appareils anglo-américains. En Octobre 1941, son escadrille reçoit ses premiers A6M Zéro. Au début d'Avril 1942, Nishizawa est basé à Lae, en Nouvelle Guinée. Cette nouvelle affectation l'amène à voler en compagnie des as Saburo Sakai et Toshio Ōta (en) sous les ordres de Junichi Sasai. Sakai fait de son ami Nishizawa la description d'un homme mesurant environ 1m75, d'un poids d'une soixantaine de kilos, pāle et décharné et souffrant constamment de la malaria et de maladies cutanées tropicales. Ses camarades d'escadron, judokates accomplis, disent de lui qu'il est d'un tempérament réservé et un solitaire taciturne. Ils lui donnent le surnom de "Diable". À propos des performances de pilote de Nishizawa, Saburo Sakai, qui fait partie des meilleurs as japonais avec ses 64 victoires, écrit:

L'escadron a souvent maille à partir avec les chasseurs de la RAAF et de l'USAAF qui opèrent depuis Port Moresby. La première victoire homologuée de Nishizawa, un P-39 Airacobra de l'USAAF, se déroule le 11 avril. Il revendique six nouvelles victoires obtenues en seulement 72 heures, entre le 1^er et le 3 mai, faisant de lui un pilote chevronné et un as. Il devient alors un des membres du célèbre " Trio des nettoyeurs " avec Saburo Sakai et Toshio Ōta. Le 17 Mai, Shosa (major) Tadashi Nakajima, secondé par Sakai et Nishizawa, mčne le Tainan Ku en direction de Port Moresby. Alors que l'escadre se réorganise en vue du vol retour, le trio effectue une série de trois loopings en formation serrée puis, sur les instances d'un Nishizawa réjoui, recommence l'acrobatie à trois nouvelles reprises, plongeant à moins de 1000 mètres d'altitude. Aucune DCA ennemie ne tire pendant leur spectacle. Ils font ensuite demi-tour vers Lae, comme l'a fait le reste du Corps de Chasse, mais avec vingt minutes de retard. Début août 1942, le Tainan Kokutai s'installe près de Rabaul, capitale de Nouvelle-Bretagne. Au matin du 7 Août, un important déploiement de forces américaines est annoncé : la première phase de la Bataille de Guadalcanal débute par une invasion de l'île par près de 17 000 Marines. Nishizawa et ses camarades partent pour leur première mission longue distance afin d'escorter des bombardiers moyens, chargés de détruire les navires ennemis. Pendant cette bataille, ils sont pour la première fois aux prises avec des Grumman F4F Wildcat américains, chasseurs embarqués sur porte-avions et pilotés par des aviateurs aguerris. Nishizama va scorer deux victoires. La campagne de Guadalcanal traîne en longueur et coûte cher au corps de chasse de Nishizawa (rebaptisé 251^e en novembre), les tactiques et les appareils américains se perfectionnant : Sasai (27 victoires) est abattu par le capitaine Marion E. Carl le 26 Août et Ota (34 victoires) meurt le 21 octobre. Mi-novembre, le 251^e est rappelé à la base aérienne de Toyohashi pour remplacer les pertes et les dix pilotes survivants, y compris Nishizawa, deviennent instructeurs. À cette époque, Hiroyoshi Nishizawa est crédité de 40 victoires entières ou partielles (d'autres sources indiquent 54).

Nishizawa ironise publiquement à propos des mois d'inaction au Japon. Lui et le 251^e retournent à Rabaul en mai 1943. En juin, les prouesses de Nishizawa lui valent un cadeau de la part du commandant de la 11^e Flotte aérienne, le vice-amiral Jin'Ichi Kusaka Il reçoit une épée militaire sur laquelle est gravé Buko Batsugun (" Pour votre courage au combat "). En septembre, il est muté au 253^e Corps de Chasse basé en Nouvelle-Bretagne. En novembre, promu au grade d'adjudant, on le mute à nouveau au poste d'instructeur dans le Oita Kokutai basé au Japon. En Février 1944, il rejoint le 203^e qui opère depuis les Îles Kouriles, à l'écart des combats importants. Toutefois, en octobre, le 203^e est transféré à Luçon et Nishizawa est détaché sur un plus petit aérodrome à Cebu. Le 25 octobre, il dirige l'escorte de chasseurs, composée de quatre A6M5, pilotés par Misao Sugawa, Shingo Honda, Ryoji Baba et lui-même, pour la première attaque majeure kamikaze de la guerre. La cible est la Task Force dite Taffy 3 du vice-amiral Clifton Sprague dont la mission est de protéger les débarquements durant la bataille du golfe de Leyte. Durant l'attaque aérienne qui va couler le petit porte-avions St-Lô, Nishizawa va remporter ses deux dernières victoires contre les F6F Hellcat de l'US Navy. Il se porta volontaire pour la mission suicide prévue le lendemain. Il essuya un refus, au motif qu'un pilote de sa trempe est bien plus utile pour son pays aux commandes d'un chasseur que plongeant contre un porte-avions. L'appareil de Nishizawa est ainsi armé d'une bombe de 500 lbs et confié au pilote 1^re classe de l'aéronavale Tomisaku Katsumata. Pilote moins expérimenté, il plonge néanmoins sur le porte-avions d'escorte Suwanee au large de Surigao. Katsumata s'écrase sur le pont d'envol du Suwanee et percute un avion-torpilleur qui vient d'apponter. Les deux appareils s'embrasent sous le choc, comme le font neuf autres avions sur le pont d'envol du navire. Bien que celui-ci n'ait pas coulé, il brûle pendant plusieurs heures, tuant 85 hommes d'équipage et en blessant 102, tandis que 58 sont portés disparus. Nishizawa et d'autres pilotes du 201^e Kokutai embarquent à bord d'un avion Nakajima Ki-49 Donryu le 26 Octobre 1944 et quittent Mabalacat (sur l'île de Cebu) en direction de Clark Field (situé sur l'île de Luçon aux Philippines) afin d'aller y chercher des Zero de remplacement. Au-dessus de Calapan, sur l'île de Mindoro, le Ki-49 est attaqué par deux F6F Hellcats de l'escadron VF-14 de l'USS Wasp (CV-18) et abattu. Nishizawa meurt en simple passager, probablement victime du lieutenant Harold P. Newell qui est crédité ce matin là d'une victoire sur un " Helen " au nord-est de Mindoro. L'adjudant Hiroyoshi Nishizawa, meilleur as japonais, est tué à l'âge de 24 ans.

Après avoir appris sa mort, l'amiral en chef de la Flotte, Toyoda, honore Nishizawa en publiant une mention dans le bulletin des Armées et en le promouvant à titre posthume au rang de sous-lieutenant.