军武装自己，以作为最终用于对抗日本的手段。山本虽然十分关注他的美国同行的理论，但却极力掩饰自己。当有记者问他有关日美之间日益紧张的关系时，他用日语宣称：“我从来没有认为美国是潜在的敌人，日本的海军计划也永远不会包含日美战争的可能性。”在说完这句话之后，哈佛大学毕业的山本借口不会英语，拒绝再说别的话。然而，当他乘“贝伦加里亚”号邮船到达英国时，他用十分标准的新英格兰口音，给英国的记者提供了一条头版新闻：“日本再不能屈从于海军比例制的约束。在这一点上，我国政府没有任何妥协的可能。”
10月25日，会议正式开始。参加谈判的英方代表是首相麦克唐纳、外交大臣西蒙、海军大臣蒙塞尔、参谋长查特菲尔德和外交部参事克莱棋，美国方面的代表是戴维斯大使和参谋长史坦德。
会议开始，山本五十六便提出修改主力舰日本对英美3：5：5的比例，认为过去在华盛顿和伦敦两次会议中所决定的比例并不恰当，主张应按日本方面提出的新方案达成三国间的协定。英、美两国自然不肯同意。双方遂展开了一番唇枪舌剑的斗争。
山本五十六最初还是以少将身份与英美代表谈判的（后于11月15日提升为中将），与英、美代表的身份相比显得过于低了，因此山本在谈判桌上明显受到轻视，尤其是美国代表戴维斯更是如此。因为山本五十六1920年在华盛顿参加会议时，不过是日本代表币原喜重郎属下的一名中佐，而戴维斯当时已位居副国务卿之要职。此次会议戴维斯没有想到他的谈判对手竟是过去的一名小小的中佐。然而，好斗的山本凭其赌博养成的善于观察和估量对手的才能，在谈判中很快就令对手感到头痛了。
潜艇存废问题首先成为争论的焦点。日本由于在主力舰方面的限制，对发展潜艇期望很高，而英、美则要求废除。在争执不下的情况下，美国代表史坦德质问山本：“我们确信潜水艇是攻击性能武器，而日本却把它视为防御性能武器，这倒要听听阁下的意见。”
山本五十六满脸笑容地答道：“有关潜艇的性能，阁下也为海军军人出身，且不论在年龄、经验各方面都是我的前辈，我想当比我更为清楚。从续航力来说，潜艇比驱逐舰大，可是从构造来说，船员的生活和粮食的贮存等等都远不如驱逐舰。因此潜水艇绝不适于远离基地，深入敌国海域作战，不管怎么说，在近海防御来攻的敌舰才是其主要任务。畏惧潜艇，犹如小偷害怕屋内的狗一样，只要不随意侵入，即无被狗咬的顾虑。这是我将潜水艇视为防御性能武器的理由。”
在会谈中，英国海军参谋长查特菲尔德海军上将识破了日本既想废除条约，又不愿负破坏会议之责的阴谋，遂向美国施加压力，要他们缓和态度，看日本代表还有什么手段可施。可是美国代表不愿让步，他们抱怨说，美国海军必须分遣在两个大洋使用，所以他们不能接受舰队总力量与日本完全相等的方案。而山本则毫不动摇地坚持要完全对等，他在一次午餐会上说：“我虽然比你们个子小，但你们不会坚持只让我吃我盘内3/5的食物，你们会让我按我的需要而吃的。”使美国代表哭笑不得。
当会议快要结束的时候，山本终于奉命提出取消航空母舰的戏剧性建议作为他的杀手锏。戴维斯知道山本是主张“空海主义”的，因而感到有了反击的机会，遂嘲弄地说道：“在我的记忆中，山本将军当过航空母舰‘赤城’号的舰长，也曾任过航空战队的司令官。有这种航空经历的人，竟会说出这种废除航空母舰的话，简直令人难以相信。”山本还是不慌不忙地答道：“不错，我曾任航空母舰舰长及航空战队司令，惟其如此才更深深体会到飞机威力的强劲和在今日已有的很大进步，此后也必将有几何式的发展。如此则航空母舰势将成为舰队的中心主力，其威力是无可预知的。航空母舰在战时的攻击性使命，将给人类带来多少不幸，一想到这些就使我不寒而栗。因此不得不主张废除。”戴维斯对山本的这一番话无言以对，他吃惊地向身旁的代表说：“不知是我的能力不及休斯，还是山本的水平比加藤（友三郎）高。在华盛顿会议时，是美国左右谈判局势，而现在则完全相反，山本左右了谈判的局势。”于是在伦敦，英国的新闻界对山本五十六的表现进行了大肆报道和宣传，称山本说话面带的笑容是“钢铁微笑”。据说英国前首相劳合·乔治得知后，乃在其私邸约请山本，对山本说：“戴维斯惊叹他在华盛顿遇到的小鸟，现在变成一只老鹰了，而我不这样认为，要我说，你是一只鹫，伦敦之鹫。”
但不管山本有多么强的狡辩能力，其所提出的扩张要求的本质却是无法改变的。因此在美国代表洞悉这是山本的讹诈后，便顺水推舟，表示愿意就此与日本谈判，这时山本这只狡猾凶猛的“伦敦之鹫”便黔驴技穷了。他意识到美国就是要把日本往单方面废除华盛顿条约的窘境里逼，只好急忙电报国内。这是山本在伦敦期间很少的几次向国内请示之一。本来独断的山本，自恃自己的判断力和敏锐的观察力，相信会轻松赢得谈判。他在出发前海军大臣为他举行的欢