Hans kone led også av forgiftning på grunn av strålingen etter atombombene og det svarte regnet som kom over Nagasaki etter eksplosjonen. Hun døde i 2008 i en alder av 88 år på grunn av nyre- og leverkreft etter et langt liv med sykdom. Alle tre av deres barn rapporterte at de led av helseproblemer som de trodde var arvet fra foreldrenes eksponering av radioaktivt stråling etter atombombene. I 2009 fikk Yamaguchi vite at han var døende av magekreft. Han døde 4. januar 2010 i Nagasaki i en alder av 93 år.