Írj folytatást erre a bekezdésre - Yamaguchi tizennyolc évesen és a japán csapat tagjaként versenyzett két szabad stílusú váltóversenyen a 2008-as Pekingi Nyári Olimpiai Játékokon. Annak ellenére, hogy kihagyta az egyéni helyet a 200 méter szabad stílusban, sikerült negyedik helyezkednie a tokiói olimpiai próbákban (2:01.64), hogy teljes választást nyerjen a válogatott csapatban. Haruka Uedával, Maki Mitával és Emi Takanabe-vel a 4 × 200 méter szabadstílusú stafétában
A döntőben Yamaguchi 1:58.51-es idővel úszott a második szakaszban, de a japán csapatnak a hetedik helyen kellett elégednie 7:57.56-ban. Yamaguchi szintén részt vett a 4 × 100 m szabadstílusú sztaféban, Uedával, Mitával és Asami Kitagaval együtt, de a 3:39.25 előzetes idővel 0,08 másodperccel kihagyta a legjobb 8 döntőt.