2008 gewann Kōji Yamamuro in Doha seine erste internationale Medaille mit dem Gewinn der Asienmeisterschaften im Einzel- und im Mannschaftsmehrkampf. Bei den Weltmeisterschaften 2010 in Rotterdam belegte er mit der Mannschaft den zweiten Platz und erhielt damit die Silbermedaille. Mit 271,769 Punkten blieben sie mit 0,517 Punkten Vorsprung knapp vor den drittplatzierten Deutschen, während die erstplatzierten Chinesen mit 274,997 Punkten den Wettbewerb gewannen. Ein Jahr später wiederholte er mit der Mannschaft in Tokio bei den Weltmeisterschaften diesen Erfolg. Wieder war lediglich die chinesische Mannschaft besser gewesen, während der dritte Platz dieses Mal an die US-amerikanische Turnriege ging. In den Einzeldisziplinen erreichte er sowohl im Mehrkampf als auch an den Ringen das Finale. Im Mehrkampf sicherte er sich mit 90,255 Punkten hinter seinem Landsmann Kōhei Uchimura und Philipp Boy aus Deutschland ebenso die Bronzemedaille, wie auch mit 15,500 Punkten an den Ringen hinter dem Chinesen Chen Yibing und dem Brasilianer Arthur Zanetti.