山口は総員を飛行甲板に集合をさせる。「皆が一生懸命努力したけれども、この通り本艦もやられてしまった。力尽きて陛下の艦をここに沈めなければならなくなったことはきわめて残念である。どうかみんなで仇を討ってくれ。ここでお別れする」と告げ、一同水盃をかわし皇居を遥拝し聖寿の万歳を唱え軍艦旗と将旗を降納した。部下は退艦を懇請したが、山口は受け入れなかった。
また浅川正治（飛龍主計長）によれば、二航戦参謀、飛龍副長、飛龍各科長（幹部）は飛龍と共に沈むことを申し出たが、山口と飛龍艦長加来止男大佐は「二人だけでよい」として退去を命じた。各員と握手をかわした時の二人について、浅川は「まるで散歩の途中でさようならをいうように淡々としていた」と回想している。
人物.
大西瀧治郎中将は、「山口の死は一時に大艦数隻失う以上の損失」と死を惜しんだ。
福留繁中将によれば、山口は航空に関しては素人であったため幕僚にいいかと聞く、いいかいいか司令と自称していたという。
草鹿龍之介中将は、山口を「部内にも名望ある三拍子も四拍子もそろった名提督」と評価する。
角田覚治少将は、山口の戦死を聞き、「山口を機動部隊司令長官にしてあげたかった。彼の下でなら、喜んで一武将として戦ったのに」と死を惜しんだ。
源田実（元第一航空艦隊参謀）は、第二航空戦隊司令官としての山口と交流があった。第二次ウェーク島攻撃支援の際に蒼龍艦攻隊の名パイロットだった金井一空曹が撃墜されて戦死すると、山口は内地帰投後におりにふれて「金井を殺すようなら、あの時彼を飛ばさなければよかった」としんみりと語り、源田は「この人（山口）にもこんなしんみりした反面があるのか」と思ったという。また山口について「後には連合艦隊長官級の人物となり、英将ネルソンにも匹敵すべき名将となったであろうが、ほんとに惜しい人であった」と語っている。淵田美津雄大佐によれば、山口は当時の海軍の部将中ではナンバーワンの俊英であり、頭はシャープで、海兵の席次が優秀な人が戦闘でパッとしなかったのに比べ、山口は勝負度胸も太く、見識も優れ、判断行動ともに機敏であったという。第二次世界大戦におけるアメリカ海軍の戦史編纂担当者サミュエル・モリソン（アメリカ海軍少将）は、山口を傑出した海軍将官であると評価し、「山本の後継者に想定されていたと言われている」と紹介している。