Скажите, реально ли в Японии ночевать в Киото три ночи и мотаться в Осаку на весь день?

Ну если из Осаки в Киото мотаются, то и наоборот можно. Там 25 минут ехать.

из киото до осаки за 30-40 мин можно доехать, так что реально)

в гугл картах выберете оптимальный для себя маршрут, есть и синкансен за 14 минут, но не вижу смысла тратиться на него