Yamaguchi, pracując dla koncernu Mitsubishi, został wysłany służbowo z rodzinnego Nagasaki do stoczni w Hiroszimie. W dniu 6 sierpnia 1945, w wyniku wybuchu amerykańskiej bomby atomowej „Little Boy”, doznał poważnych poparzeń, uszkodzenia słuchu, czasowo oślepł i stracił włosy. Noc po tragedii, owinięty opatrunkami, spędził w schronie przeciwlotniczym.
Następnego dnia powrócił do Nagasaki, gdzie przeżył drugą eksplozję bomby „Fat Man” w dniu 9 sierpnia 1945. Stało się to akurat podczas jego rozmowy z przełożonym, któremu opowiadał o dramacie w Hiroszimie, wskutek którego nieomal stracił życie.
W marcu 2009 wyjawił prasie japońskiej, że jest chory na nowotwór i zamierza ubiegać się o oficjalne nadanie mu przez rząd statusu podwójnej ofiary bomby atomowej.
Rząd japoński poświadczył oficjalnie, że Tsutomu Yamaguchi przebywał zarówno w Hiroszimie jak i w Nagasaki podczas wybuchów bomb atomowych zrzuconych na te miasta.
 
 

Zmarł z powodu choroby nowotworowej żołądka 4 stycznia 2010 rok
Chociaż japońskie władze oficjalnie uznały za „nijyuu hibakusha” ( podwójnie ocalony) wyłącznie Yamaguchiego, nie był on jedyną osobą, która przeżyła dwie eksplozje atomowe
Przyjmuje się, że wszystkich „nijyuu hibakusha” mogło być w przybliżeniu nawet 200 w tym dwóch współpracowników Yamaguchiego , Akiro Iwanaga i Kuniyoshi Sato czy producent latawców Shigeyoshi Morimoto.
W dniach od 6 do 8 sierpnia 1945 r. z jedynej sprawnej stacji kolejowej w Hiroszimie odjechały minimum trzy pociągi, które przybyły do Nagasaki tuż przed atakiem. Nie wiadomo jednak, ilu pasażerów przeżyło drugi wybuch.