以于2012年12月14日递补当选为参议员。2016年任期到期前接受新党改革邀请在比例区参选第24届参议院议员通常选举，后由该党支持并以无党籍身分参选，但最终落选。2019年3月宣佈以自由民主党党员身分参选第25届参议院议员通常选举，自民党将其列为比例区公认候选人。在选举前，山田就定下得到党内最多的53万票的目标，并通过社交媒体以及视频网站积极宣传二次创作合法化等主张。山田最终在7月21日的参议院选举中获得540077票，排在自民党内第2位，全体候选人中第3位而再次当选参议员。