2015年3月，山口茜出战瑞士羽毛球黃金大獎賽，在女单準决赛以0比2（22-24、17-21）不敌赛会8号种子、泰国名将的布桑兰·恩布鲁庞。同年5月，她以第二單打身分代表日本队出戰蘇迪曼盃。在小组赛對陣俄羅斯隊時，山口茜以直落二擊敗娜塔莉亞·佩米諾娃，助隊伍4-1擊敗對手，日本隊最終以小組第一的成績晉級。在八強和準决赛中，山口茜並未被安排上阵。在决赛對陣卫冕冠军中国队時，教练考虑到山口茜对中国两名主力都有過勝績而決定安排她上場。隨著日本在男雙比賽落敗後，中國隊已取得2比0的領先而率先聽牌，山口茜的對手則是倫敦奧運會金牌得主李雪芮。最終山口茜以2比0（21-23、14-21）落敗，日本隊以亞軍作收，也是日本首次闖入蘇迪曼盃冠軍戰。同年6月，她出战美國羽毛球黃金大獎賽，在女单準决赛以1比2（24-22、11-21、8-21）不敌队友的佐藤冴香。同年9月，她出战自家门口举办的日本超級賽。在半决赛，她以2比1（21-12、15-21、26-24）击退中国的王适娴，成功与队友奥原希望会师决赛，最後她以0比2（18-21、12-21）不敵队友。同年10月，她出战碧特博格羽毛球公開賽决赛中以2比1（16-21、21-14、21-13）逆轉战胜泰国的布桑兰·恩布鲁庞，夺得其首个黃金大獎賽女单冠军。同年11月，她出战澳門羽毛球黃金大獎賽，在女单準决赛以1比2（8-21、21-15、16-21）不敌赛会5号种子、印度名将的普萨拉·文卡塔·辛德胡。