Viết tiếp cho đoạn này - Yamaguchi thi đấu với tư cách là một thanh niên mười tám tuổi và là thành viên của đội tuyển Nhật Bản trong hai sự kiện tiếp sức tự do tại Thế vận hội Mùa hè 2008 ở Bắc Kinh. Mặc dù bỏ lỡ vị trí cá nhân trong 200 m tự do, cô đã giành được vị trí thứ tư tại các thử nghiệm Olympic ở Tokyo (2
Cuối cùng, Yamaguchi đã bơi ở vòng hai với thời gian 1:58.51, nhưng đội tuyển Nhật Bản đã phải thỏa mãn với vị trí thứ bảy trong 7:57.56. Yamaguchi cũng tham gia vào cuộc thi tiếp sức tự do 4 × 100 m, cùng với Ueda, Mita và Asami Kitagawa, nhưng đã bỏ lỡ vòng chung kết 8 người đứng đầu bằng 0,08 giây trong thời gian sơ bộ là 3:39.25.