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井上成美以及大西泷治郎一同指挥101号作战轰炸重庆，企图通过空中攻势进行无差别轰炸，摧毁中华民国国家