整顿海军航空飞行队
1919年4月，山本赴美担任海军代表兼任语言军官，并晋升中校。在这期间，他获得在美国哈佛大学学习英语的机会。在美国的近两年时间里，他协助币原喜重郎大使同美国副国务卿戴维斯进行谈判。山本给戴维斯留下了深刻的印象，后者曾称道山本：“那是个爽快的人，有魄力的人。”不过，山本的兴趣不在谈判而在对燃油问题的研究上。他认为燃油是“现代海军的血液”，而且随着海军装备的迅速发展和海军活动范围的日益扩大，油料的数量和质量势必具有越来越重要的意义。为了了解美国的石油工业情况，他还亲自到得克萨斯州的油田进行实地考察。到1921年山本回国时，他已掌握了有关舰艇和航空油料方面的各种专业知识。而且由于他的努力，他已算得上是一个美国通了。
回国后，山本最初在巡洋舰上任职，后又任海军大学教官。他一边教学，一边继续从事研究。在研究中，山本提出了许多与众不同的观点，诸如：“没有石油就没有现代海军”、“海军航空兵在未来战争中将起主角的作用”。他的这些见解并不为当时很多人接受，有些人甚至认为他标新立异，出风头。不过，后来的事实证明他当时的见解有很多是很有见地的。