Nach Saisonende 1990 entschied sich Yamaguchi nur noch im Einzellauf anzutreten. Sie zog nach Edmonton um bei Christy Ness trainieren zu können. Dies zahlte sich aus. 1991 wurde sie zwar erneut nur US-Vizemeisterin, diesmal hinter Tonya Harding, wurde in München aber Weltmeisterin vor ihren Landsfrauen Harding und Kerrigan. Es war das erste Mal in der Geschichte, dass bei Weltmeisterschaften alle Medaillengewinner in der Damenkonkurrenz aus demselben Land kamen. Den totalen Triumph erlebte Yamaguchi ein Jahr später. Zum ersten und einzigen Mal wurde sie in Orlando US-Meisterin und ging so in die Olympischen Spiele nach Albertville. Im Gegensatz zu ihren Konkurrentinnen Midori Itō und Tonya Harding sprang sie keinen dreifachen Axel, sondern konzentrierte sich auf ihre Dreifach-Dreifach-Kombination und vertraute auf ihre Kunstfertigkeit. Sowohl Itō wie auch Harding stürzten in der Kür beim dreifachen Axel (Ito wiederholte ihn allerdings erfolgreich) und somit gewann Yamaguchi trotz einer ebenfalls fehlerbehafteten Kür, die Goldmedaille. Im heimischen Oakland verteidigte sie anschließend ihren Weltmeisterschaftstitel und beendete daraufhin ihre Amateurkarriere.