O japonês sobreviveu aos dois bombardeios atômicos sofridos pelo Japão ao fim da Segunda Guerra Mundial, em Hiroshima e Nagasaki. Apesar de se saber que em torno de 160 pessoas atingidas pelos dois bombardeios sobreviveram, Yamaguchi é o único japonês reconhecido oficialmente pelo governo como sobrevivente dos dois bombardeios atômicos.
Yamaguchi se encontrava em viagem de negócios em Hiroshima na manhã de 6 de agosto de 1945, quando a cidade sofreu o primeiro bombardeio atômico da história. Yamaguchi morava em Nagasaki, mas por motivos profissionais foi para Hiroshima no verão de 1945. Depois de uma estadia de três meses, Yamaguchi estava se preparando para deixar Hiroshima no dia 6 de agosto. Às 8:15, enquanto fazia o caminho em direção ao cais, o bombardeiro americano Enola Gay lançou a primeira bomba atômica sobre o Japão, a Little Boy, atingindo o centro da cidade, a apenas 3 km de distância de onde Yamaguchi se encontrava. Diferente de outras 140 000 pessoas que também estavam em Hiroshima naquele momento, Yamaguchi sobreviveu ao bombardeio.
A explosão rompeu os tímpanos de Yamaguchi e cegou-o temporariamente. O calor da mesma deixou-o com queimaduras graves sobre o lado esquerdo da parte superior de seu corpo. Junto com alguns colegas, ele pernoitou em um abrigo antiaéreo. No dia seguinte voltou a Nagasaki onde recebeu tratamento para seus ferimentos e, apesar de não estar bem fisicamente, foi ao trabalho em 9 de Agosto.
Às 11 horas do dia 9 de Agosto, enquanto Yamaguchi descrevia suas experiências com a explosão nuclear de Hiroshima para seu supervisor no trabalho, em Nagasaki, o bombardeiro americano Bockscar lançou a segunda bomba atômica sobre o Japão, a Fat Man. Mais uma vez, Yamaguchi estava a apenas 3 km do ground zero. Contudo, desta vez ele não sofreu ferimentos e sobreviveu mais uma vez, ao contrário de outras 90 000 pessoas. Com a destruição de Nagasaki, reduzida a ruínas após o bombardeio atômico, Yamaguchi não pode tratar de seus ferimentos - sofreu de uma febre alta por mais de uma semana.
Yamaguchi foi reconhecido pelo governo japonês como um "hibakusha" - um sobrevivente da radiação, e, por isso, recebeu compensações financeiras e cuidados médicos durante a sua vida. Apesar das sequelas causadas pelos dois bombardeios, Yamaguchi chegou aos 93 anos de idade em boas condições de saúde, a par de certa surdez e fraqueza nas pernas. Dezenas de milhares de sobreviventes dos bombardeios de Hiroshima e Nagasaki morreram nas décadas seguintes, após adoecer de câncer, uma das consequências da contaminação crescente do organismo pela radiação.
Na época, Yamaguchi não sentiu necessidade de chamar a atenção para o fato. No entanto, quando envelheceu, ele sentiu que a sua sobrevivência era obra do destino. Em janeiro de 2009, Yamaguchi requereu ao governo japonês o reconhecimento do que lhe aconteceu, tornando Yamaguchi a única pessoa oficialmente reconhecida como sobrevivente de ambos os ataques nucleares ao Japão.
Apesar de algumas sequelas, Yamaguchi levou uma vida relativamente saudável. No entanto, na velhice, começou a sofrer de doenças relacionadas com a radiação, incluindo cataratas e leucemia aguda. Yamaguchi morreu aos 93 anos de idade, vítima de um câncer de estômago.