당초 도호쿠 라쿠텐 골든이글스의 구원진이던 마쓰이 유키와 모리하라 코헤이가 발탁되었으나 두 선수 모두 팔꿈치 통증을 이유로 대표팀에서 하차하였고 대체 자원으로 야마모토가 발탁되면서 본인 커리어 최초로 대표팀에 승선하게 되었다. 이후 이 대회에서의 활약을 통해 야마모토는 본격적으로 국내 야구팬들에게 이름을 알리게 된다.
2019 시즌 선발 투수로 전향했지만 구원투수 대체 자원으로 뽑힌 탓인지 대회에서는 셋업맨 롤을 맡게 되었다. 직전해 불펜투수로 뛴 탓인지 해매지 않고 잘 적응해서 대만전을 제외한 모든 경기에서 무실점 호투를 보여주고 있다.
3월 12일 WBC 1라운드 4차전 호주전에 등판했고, 매 이닝 2개의 탈삼진을 잡는 위력을 보여주며 4이닝 동안 60구를 던져 1피안타 무사사구 8탈삼진 무실점의 쾌투로 1라운드에 등판한 일본의 선발 투수들 가운데 가장 압도적인 피칭을 했다. 이날 패스트볼, 싱커, 커터, 커브, 체인지업까지 다양한 구종을 던지며 타자들을 잡아냈다. 패스트볼 구속도 평균 95.2마일 최고 96.9마일까지 찍히며 위력적인 모습이었다.
3월 20일 멕시코와의 WBC 준결승 2경기에서 0:3으로 끌려가던 5회초 사사키 로키에 이어 두 번째 투수로 등판하여, 7회까지 3이닝을 노히트로 멕시코 타선을 잘 막았고 요시다 마사타카의 동점 쓰리런이 나오며 3:3 동점 상황도 만들어졌다.
그러나 8회초 1사 후 랜디 아로자레나와 알렉스 버두고에게 연속 2루타를 맞고 역전까지 허용하더니 다음 타자 조이 메네세스한테도 3연속 피안타를 내주며 결국 강판됐다. 뒤이어 등판한 유아사 아츠키가 야마모토의 승계 주자 한 명을 불러들이며 최종 3⅓이닝 4탈삼진 3피안타 2사사구 2실점을 기록, 멕시코 타선을 상대로 초반에 잘 던졌으나 후반에 결정적인 위기의 순간 피안타 3방에 완전히 무너졌다.
일본은 9회까지 4:5로 끌려가며 4강 탈락의 대위기에 몰렸고 야마모토 역시 패전이 유력한 듯 싶었지만, 무라카미 무네타카의 끝내기 2타점 2루타가 나오며 가까스로 패전을 면하고 팀은 결승에 진출했다. 이후 미국과의 결승전에서의 등판은 없었다.