Andika mwendelezo wa aya hii - Yamaguchi alishindana akiwa na umri wa miaka kumi na nane na mshiriki wa timu ya Japani katika mashindano mawili ya freestyle ya Olimpiki ya 2008 huko Beijing. Licha ya kukosa nafasi ya mtu binafsi katika mbio za mita 200 za freestyle, alifanikiwa kuchukua nafasi ya nne katika majaribio ya Olimpiki huko Tokyo (2:01.64) kupata uteuzi wa moja kwa moja kwenye kikosi cha relay. Kushirikiana na Haruka Ueda, Maki Mita, na Emi Takanabe katika mbio za 4 × 200 m freestyle relay
Mwisho, Yamaguchi aliogelea mguu wa pili kwa kugawanywa kwa 1:58.51, lakini timu ya Kijapani ililazimika kuridhika na nafasi ya saba kwa 7:57.56. Yamaguchi pia alishiriki katika 4 × 100 m freestyle relay, pamoja na Ueda, Mita, na Asami Kitagawa, lakini alikosa juu 8 mwisho kwa 0.08 ya pili katika muda wa prelims ya 3:39.25.