Kaori Yamaguchi kämpfte im Halbleichtgewicht, der Gewichtsklasse bis 52 Kilogramm. Von 1978 bis 1987 gewann sie zehnmal in Folge bei den japanischen Meisterschaften. Bei den ersten Weltmeisterschaften für Frauen 1980 in New York erreichte sie das Finale und erhielt die Silbermedaille hinter Edith Hrovat aus Österreich. Sie war damit die einzige japanische Medaillengewinnerin bei dieser Premiere des Frauenjudo. 1981 fanden in Jakarta die ersten Asienmeisterschaften für Männer und Frauen statt, Japan gewann in 16 Wettbewerben 13 Goldmedaillen, Kaori Yamaguchi siegte im Halbleichtgewicht vor der Taiwanerin Shu. 1982 bei den Weltmeisterschaften in Paris bezwang Yamaguchi im Halbfinale die Französin Pascale Doger, im Finale unterlag sie der Britin Loretta Doyle. Zwei Jahre später bei den Weltmeisterschaften in Wien siegte Yamaguchi im Halbfinale gegen Inge Heuvelmans aus den Niederlanden. Mit ihrem Finalsieg über Edith Hrovat war Yamaguchi die erste japanische Weltmeisterin.