喺2008年北京夏季奧運會上,山口以十八歲嘅年齡參加兩場自由式接力比賽,係日本隊嘅成員. 儘管佢唔入到200米自由泳個體賽,但佢喺東京奧運賽 (2:01.64) 獲得第四名,並入選接力隊. 4×200米自由式接力賽中,同 Haruka Ueda,Maki Mita,Emi Takanabe 組隊
最後,Yamaguchi 用1:58.51分鐘完成第二段比賽, 但日本隊以7:57.56分鐘完成第七場比賽. 山口亦參加了4 × 100米自由式接力賽,佢同烏田,米田,阿薩米基塔川參加,但喺3:39.25的預賽時間,用0.08秒差出前8名決賽.