回国未能参加正式的华盛顿会议，但由干他参加了会议的筹备，加之他的最要好的知心朋友堀悌吉是会议代表团的成员，因而对会议的情况还是十分了解的。事实上，日本接受3：5：5的比例，是一些较现实的日本军人不得已的选择。按照日本7：10：10的要求，其目的就是要建成计划中的“八八舰队”。但自1920年实施建造“八八舰队”计划以来，经济尚不发达的日本已暴露出其国力难以承受的迹象。日本政府为实现这一计划，付出的代价十分巨大，仅1921年度，政府拨给海军的费用就占日本国家总预算的1/3，如果再加上陆军的费用，总的军费开支猛增到了日本国家总预算的六成。因此负责谈判的加藤友三郎同内阁协商，不得不下决心放弃他本人所提出并全力实施的“八八舰队建设计划”。当然放弃“八八舰队”计划，亦即意味着放弃把美国作为假想敌国的观点，保持日美亲善关系。这一认识是基于对日美两国实力差距的认识。正如加藤友三郎所说，国防不单单是军队的事，战争胜败也并非完全取决于军人。不动员全国的物力、人力和财力，是无法赢得战争的。如果我们以美国为敌，就必须有强大的足以同美国抗衡的经济实力。否则，只能徒有其愿而无力实施。不能指望像日俄战争那样，用少量资金而取得了大的胜利。同今天的美国相抗争，没有资金，就如同以卵击石，不能取胜。总之，可以得出这样的结论：决不可同美国交战，唯此是我们的出发点。山本的好友倔，涕吉认为，华盛顿会议日本接受3：5：5的比例，无论是从国际的角度还是从国内经济角度上说，都同样是挽救了日本。既了解日本在海军扩张上的困难，又熟悉美国在经济上的强大的山本，自然也同意这一选择。
但这一选择却遭到日本海军内强硬派的反对。以海军专门委员身份列席华盛顿会议的加藤宽治，回国后发表了坚决反对会议决议的观点，得到了海军中少壮派的支持，并引起了不明真相的一般日本国民的共鸣。从此，日本海军内形成了所谓的反对裁军条约的“舰队派”和与之相反的“条约派”。
务实而不轻易表态的山本，虽然从立场上是赞同条约派的观点，或者勿宁说他本人就是条约派的一员，但不可忘记的是，他又是一位彻头彻尾的用武士道思想武装起来的民族利己主义者。当他面临着这两种选择时，他选择的是如何在现有的条件下尽力寻找弥补日本海军与美国海军实力差距的办法。后来的事实证明，他的努力没有白费，从海军航空兵身上找到了他要找的办法，从而掀起了海战史上的一场革命。
1921年7月，就在华盛顿会议举行的前夕，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”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。
与山本结伴而行的是军事参议官井出谦治大将。他们在9个月的时间里，先后到过英、法、德、意、奥、美和摩纳哥等7个国家。9月，正当他们在伦敦逗留期间，从来自日本国内的报纸得知，关东地区发生了大地震。在英国的日本人无不为之惊恐，只有山本不动声色。他对那些实业家们说：“我们日本人是一个伟大的民族，日本必会复兴，建设得比以前更加美好。”同年12月，山本被晋升为海军大佐。
山本对所考察的国家观察细致、记录详尽。据井出谦治说，精力过人的山本五十六每天晚上不管睡得多晚，都要把当天的考察记录整理出来，决不拖到第2天。
山本五十六此次欧美之行特意到赌城摩纳哥去了一趟，以试自己的身手。在大赌院里，山本旁若无人，赌技高超，每战必胜，令赌院老板大伤脑筋，不得不禁止其入内。据说他是自蒙特·卡尔罗赌场开设以来第2个因赌技高超而被拒绝入场的人。连一向出言谨慎的山本对自己赌博的才能也不无得意，曾向井出谦治夸口说：“如果给我两年的时间游遍欧洲各地，我能赚到建造一艘战舰的费用。”事实上，山本对赌博有着特殊的爱好。早在青年时期，他就酷爱日本的将棋，在海军大学学习期间，经常找人搏杀。他的性格阴沉，眼疾手快，头脑清醒冷静、博闻强识，作事执著、果敢凶狠，只要选择了目标，就有一种不到黄河不死心的劲头，天生一个无所畏惧的赌徒。留美期间，在哈佛大学留下了不少赌博趣事。最有名的当属他和同校学生小熊信一郎的75盘将棋决赛。当时山本和小熊同居一处，闲暇经常对弈度时，互有胜负。某一日，小熊以2：3落败，乃随口戏曰：“下五六盘棋很难说明真正的水平。”山本听后十分当真，乃问：“那么你说几盘能分胜负？”小熊不甘示弱：“当下到筋疲力尽、手不能动弹为止。”山本断然答道：“好吧，改日我们就下到谁先躺倒为止。”
几天后，山本给小熊下了战书，约定比赛自下周日晚9点开始，在决出胜负之前，除大小便外不能离席，吃饭只能吃