山本五十六日本海军大学毕业后，在海军省军务局就职，1919年他被派往美国留学研修，进一步深造。
1921年7月，山本五十六结束了在美国的研修生活，回到日本。最初山本被任命为军舰“北上”舰的副舰长到中国沿海一带活动，旋又任命为海军大学教官，教授军政学。在海军大学担任教官的一年多时间里，山本五十六得以摆脱艰苦的海上生活，消化美国之行的收获。但海军当局给他的时间并不多。1923年7月，他又奉命考察华盛顿会议后的欧美现状，踏上旅欧之途。
参察完欧洲之后，山本五十六又来到美国，考察美国海军军备情况，并视察了日本投资经营的奥伦治油田。回国后，他曾大力劲说日本石油公司向美国进军开发油田。作为一名校级军官，长期的海外生活，托层了他的生活和视野，使他更加闰注世界军事技术的每一项，并使他最终走上为之献身的军事航空事业。
1934年9月7日，山本五十六被任命为伦敦海军裁军会议预备会议日本方面的海军首席代表。山本五十六的伦敦之行，不过是日本统治集团利用“顽强的山本”，对英美实行愚弄和欺骗而已，因为他们期望山本既能使日本达到废除条约的目的，而又不背上舆论和道义上的不利压力。
山本五十六在谈判桌上的高超技巧，赢得了国际国内法西斯的一致喝彩。回国后日本海军当局还为他举行了归国报告会。通过裁军谈谈判，山本五十六对世界海军大势的发展非常明了了，他认为当时日本的国力与美国相差很远，所以不能卷入和美国无限制的造舰竟赛。他在给一个朋友的信中写道：“不可否认，我帝国之国力较之美国确有天壤之别，吾等深感日本帝国是到了谨慎自重、发奋图强的时候了，可以想象，一战前的德国，如果再忍耐50年的话，它当今也能与同强国相匹敌。前车之覆，后车之鉴。今天我们日本帝国必须冷静自重。积蓄力量，盛国强兵。尽管此次谈判已毫无胜利可言，但只要我们能清醒地意识到上述各点，并使之付诸实施，将不愁英美拜倒在我们的麾下。”
最后他满怀信心地说，“对海军来说，至为重要的也是谨慎自重，艰苦努力，当务之急就是无论如何也要迅速发展海上航空兵。”山本五十六，这位刚在伦敦裁军会议预备会议上提升的海军中将，已经成为世界法西斯主义分子瞩目、日本国内家喻户晓的人物了。