年6月至1936年10月任日本驻美国大使馆武官，多方面接触到许多不同的海军战术及战略观念，对于海军航空战力与战法有新的体认与了解。1936年与1937年前后出任轻巡洋舰“五十铃”与战列舰“伊势”的舰长。1938年11月15日晋升海军少将，任第五舰队参谋长。1939年11月调任第一舰队司令部任职。
中日战争.1937年7月七七事变爆发后中日战争。1940年1月15日任第一联合航空队司令官，与大西泷治郎为司令官的第二联合航空队一起参与重庆轰炸作战，5月山口与时任支那方面舰队参谋长的