2020년 1월부터 방영된 미스터트롯에 타장르부로 참가하였다.

2020년 1월 16일 미스터트롯 3화에서 예선무대 1대 진으로 등극하였다. '태클을 걸지마'를 부르기 전에 네순 도르마를 불렀는데 트롯티비에서 영기가 밝히기로 대기실에서 듣던 참가자들은 CD를 틀고 립싱크를 하는건가 의심했었다고 한다. 그 직후 완벽한 가요 발성과 무대매너로 '태클을 걸지마'를 불렀기에 더욱 돋보였던 무대였다.

2020년 1월 24일 미스터트롯 3화에서 본선무대 선으로 등극하였다. 타 장르부 팀(고재근, 강태관, 미스터붐박스)은 올하트를 받았고 김호중은 본선 1차 선(진은 장민호)으로 뽑혔다.

넷 모두 워낙 개성이 뚜렷해서 편곡 방향을 정하는 데에서부터 어려움을 겪는 모습들이 많이 방송되었다. 처음에는 부장님 회식자리의 장기자랑 같은 느낌이었기에 중간점검에서 음악 감독의 혹평을 받기도 하고, 어찌저찌 편곡은 완성했는데 후에 '미스터트롯의 맛'에서 나온 미방송분에서는 김호중이 엄청난 몸치라 간단한 안무조차 어려워하며 또 난관에 봉착하고(연습 때보다 실제로 하게 된 안무는 굉장히 간단해진 것을 보면 결국 안무가 대폭 축소된 게 아닌가 추측된다), 본선 1차전 방송 때는 나오지 않았지만 녹화날 이미 심한 감기증세를 보이는 등, 김호중 개인에겐 어려웠던 점이 많았다. 예선 진이라는 부담감까지 얹어졌던 힘든 팀미션이었기에 올하트를 받고 무대가 끝나자마자 김호중은 울음을 터뜨렸고호뿌엥 무대에서 내려가서도 형들의 부축을 받으며 한참을 울었다.

2020년 2월 6일 미스터트롯 6화를 통해 1:1 데스매치 대결이 방영되었다. 본선 진 장민호와의 대결에서 성대결절로 컨디션이 좋지 않은 상태인데도 불구하고 마스터 11명 중 7명의 표를 얻어 데스매치의 승자가 되었다. 그가 부른 '무정부르스'와 '김호중'은 네이버, 다음에서 실시간 검색어로 올랐다.

팀 선정권[1]을 가져 이찬원, 고재근, 정동원과 함께 '패밀리가 떴다'라는 팀명으로 팀을 구성하였다. 마스터점수 합산으로는 사랑과 정열팀과 함께 공동 1위, 관객점수까지 합산하면 종합 1위로 좋은 점수를 받았다.
이때까지만 해도 방송분만 봐서는 춤을 잘 추는 줄 알았으나(특히 손동작이 좋아서) 실제로는 김부장님의 노오력

에이스 대결에 팀 에이스로 출전하여 '천상재회'를 불렀으나 5인 중 최하의 점수를 받았다. 방송 후 이러한 판정에 대해 다수의 시청자들이 비판하였으며 전문가들도 노래가 불안하고 흔들렸다기 보다 격한 감정선에서 불렀다고 주로 평하였다. 실제로 마스터들은 노래의 어느 부분이 불안했는지 지적하지 않았으며, 부정확한 음정도 언급한 바 없었다. 그러나 노래 시작 전부터 몰입을 간섭하는 편집 방식과 방송 후 "흔들리는 음정"의 타이틀 하에 게시된 영상 등으로 인해 김호중의 에이스 경연은 이번 미스터트롯 심사 중 가장 많은 논란이 되었다. 점수와는 별개로 대중들에게 김호중의 '천상재회'는 감동을 주었고 편집되지 않은 풀버전의 영상이 미스터트롯 유튜브 공식 계정에서 333만뷰[2] 이상을 기록 중이며, 오히려 지금까지 보여준 괴물같은 행보에 비해 긴장하고 떨기도 하는 모습이 인간적으로 보였다며 호감을 갖는 사람들도 생기면서 '천상재회' 방송 후 팬카페의 회원수가 폭발적으로 증가하였다.

성악가라는 이미지를 벗어던지고자 1라운드 레전드 미션에서 남자 가수로는 시도조차 힘든 주현미의 "짝사랑"에 도전하였다. 중간 점검에서 주현미가 세 번을 만류하였으나 뜻을 굽히지 않았고 키도 많이 안낮추고 편곡도 거의 하지 않은 정면승부를 펼쳤다. 1절과 2절에서 음정이 불안한 모습을 보여 1라운드 순위는 8위에 그쳤다.[3]

2라운드에서 설운도의 "다시 한 번만"을 류지광과 듀엣으로 부르면서 원곡자와 마스터의 극찬과 높은 관객 점수를 받아 최종 5위로 비상하며 결승에 진출하였다.

1라운드 작곡가 미션에서 윤명선 작곡가의 '바람남'을 불렀다. 초반부 앉아서 부를 때 반주보다 음이 약간 맞지 않는 모습을 보였기에 마스터들이 이 부분을 걱정하며 지적하기도 했다. 이 곡은 다른 참가자들의 곡들 보다 전체적인 해석이 워낙 난해한데다 시종일관 고음을 유지해야 하는 어려운 곡이었다. 무대를 마친 뒤 장윤정 마스터에게서 "김호중만 부를 수 있는 노래"라는 평가를 받았고 최고점수 97, 최저점수 87로 앞서서 노래를 한 장민호, 김희재보다 높은 최고, 최저 점수를 받았다. 하지만 최종발표 때 뚜껑을 열어보니 898점으로 7인 중 최하점수를 받았다.천상재회가 생각난다 김호중은 나중에 인터뷰에서 곡을 매우 마음에 들어했던터라 점수를 알고 심적으로 힘들었다고 회고했다(점수는 받아들인다고 덧붙였다).

김호중이 미스터트롯에서 자신의 무대 중 가장 기억에 남는다고 꼽은 무대. 무대가 방송되기 전에 결승 무대를 하기 4일전 모교인 김천예술고등학교를 방문해서 스승이신 서수용 은사님을 뵈어 이야기를 나누는 내용이 방송되었다. 김호중은 조항조의 '고맙소'의 가사가 자신이 서수용 은사님께 하고싶은 말을 그대로 담은것 같아서 선곡했다는 얘기를 전했다. 서수용 은사님께서 '영화 파파로티의 마지막 장면에서 공부를 마치고 귀국한 이장호(김호중을 모티브로 한 주인공)가 귀국공연에서 한석규에게 '그대 내게 행복을 주는 사람'을 부르는 장면이 나오잖니? 그 장면이 너의 귀국 콘서트에서 마무리될거라고 생각했는데 미스터트롯 결승 무대에서 마무리 되겠구나'라는 말을 했고 스승의 감사함에 김호중은 눈물을 보였다. 하지만 서수용 선생님은 코로나19의 여파로 결승무대를 참관하지 못했다.[4]

김호중은 완벽하게 '고맙소'를 열창했고 마스터들에게 기립박수를 받았다. 고맙소를 부르는 모습에서 느껴진 진정성에 많은 시청자들은 감동했고, 김호중은 최종 4위로 미스터트롯을 마무리했다.