Morgenen den 9. august kom det amerikanske bombeflyet Bockscar og droppet "Fat Man"-atombomben over Nagasaki. Hans arbeidsplass gjorde igjen at han befant seg cirka 3 km fra ground zero, men denne gangen kom han helt uskadd fra eksplosjonen. Han var imidlertid ikke i stand til å søke behandling for sine nå ødelagte bandasjer, og han led av høy feber i over en uke etterpå. Etter krigen arbeidet Yamaguchi som oversetter for de okkuperende amerikanske styrker. Han ble deretter skolemester før han senere returnerte til sin tidligere arbeidsgiver Mitsubishi.