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送会上要求授权：“在符合总谈判方针、原则、指导思想的前提下，请给我一个根据当时谈判的具体情况，在不经向国内请求的情况下可做出某种决定的权限。”这一次被美国代表将了一军，他也感到为难了。
日本政府接到电报后，在谈判问题上毫不退让，日本国内舆论也再次掀起了“对外强硬”的狂潮。于是日本政府狗急跳墙，按预定部署，宣布废除海军限额条约。伦敦裁军预备谈判不欢而散。而日本也终于在1936年1月15日退出了伦敦裁军正式会议，世界海军强国由此进入了无限制的造舰竞赛时期。
山本五十六在伦敦裁军预备会议的表现，赢得了国际国内法西斯势力的欢迎、喝彩。后来成为纳粹德国外交部长的里宾特洛甫也在密切地关注着山本这只“伦敦之鹫”在伦敦的活动，并在会议结束后，热烈邀请山本在回国途中顺访柏林。山本在柏林火车站受到了里宾特洛甫和纳粹海军部长拉达尔的接见。然后乘火车穿过苏联，经西伯利亚于1935年2月12日回到了日本。海军大臣大角岑生、外务大臣广田弘毅等地位显赫的大人物都亲自到东京火车站的月台上迎接山本的“凯旋”。对于急于扩张的日本法西斯来说，山本之行是日本自华盛顿会议以来第一次外交上的成功。在通往皇宫的道路两旁挤满了狂热的欢迎人群，好出惊人之举的山本索性下车，一边向欢迎的人群挥手致意，一边冒雪步行，直到皇宫外的二重桥。这是山本在扩张侵略问题上第一次受到国人的狂热崇拜。
2月14日，日本海军当局在海军大臣官邸，为山本举行了“归国报告会”，军令部总长伏尼宫亲临会场。会议按惯例由山本向大角海相作了汇报。同日下午，山本在军事参议官会议上作了同样内容的汇报，并于2月19日将此内容以“复命书”的形式呈报天皇。
不过山本回国后也碰上了一件不愉快的事情，这就是他的好友堀悌吉在他赴伦敦谈判期间被迫退役，退出了现职。堀悌吉是山本在海军军官学校时的同班同学，在学习期间二人就结为知己。堀悌吉为人圆滑、平稳，有长者风范，很为山本所敬重和信赖。用跟随山本去伦敦谈判的ND527本重治的话来说就是：“长冈山本这样一个鲁莽的乡间武夫，之所以能锻炼成为一位沉着干练、智勇双全的将军，与堀悌吉的熏陶和影响是分不开的。”因此堀悌吉比山本晋升得更快，早一年即升为中将。他们对裁军问题的看法大致一致，均属日本海军中的“条约派”。自1923年因在华盛顿会议签字而被视为条约派头头的加藤友三郎去世后，条约派逐渐失势，以加藤宽治、末次信正为首主张对英、美采取强硬态度的“舰队派”，则在日本法西斯运动急剧发展形势的刺激下，逐渐控制了日本海军的各要害部门，并排挤打击条约派。条约派的主要人物山梨胜之进、谷口尚真、左近司政三等先后被迫下台，只剩下堀悌吉和山本五十六两人。此次舰队派又以堀悌吉在侵略中国上海时支援登陆部队行动不力为借口，撤去了堀悌吉第3战队司令官的职务。闻此消息后，山本五十六大感痛心，他叹息说：“撤掉堀悌吉，等于损失一支巡洋舰队。”
通过两次裁军谈判，山本五十六对世界海军大势的发展更加明了。他之所以不同意舰队派主张在主力舰方面与英美平起平坐，而赞成条约派的观点，是因为他对美国的工业潜力了解较多。他曾说过：“仅仅看看底特律的汽车工业和得克萨斯州的大油田，便可明白：我们把美国作为对手，与其进行毫无限制的建造军舰的军备竞赛，一开始就是错误的，是我们日本国力所承受不了的。”他认为，日本如果卷入和美国无限制的造舰竞赛，将无可避免地使日本耗尽资源。他希望日本接受德国的教训，目前要不事声张，避免过分刺激英、美，应冷静、慎重地去充实自己的实力，特别是加速航空兵力的发展，果能如此，则让英美向日本磕头的日子就为期不远了。他在伦敦会议期间写给其亲信部下三和义勇的信中说道：“我等弱者在强者（英国的首相、海相、外相和美国代表及两国的参谋长）面前，奋力周旋。他们心里虽然并不满意，但在这种场合，也不得不强作笑脸，倾听我们的愚见。不可否认，我帝国之国力较之美国确有天壤之别，这一点不能不令人暗自惊叹。是时，吾等深感日本帝国是到了谨慎自重、发奋图强的时候了。”
他接着继续写道：“可以想像，大战（第一次世界大战）前的德国，如果再忍耐50年的话，它当今也能同欧洲强国相匹敌。前车之覆，后车之鉴。今天我们日本帝国必须冷静自重，积蓄力量，盛国强兵。尽管此次谈判已毫无胜利可言，但只要我们能清醒地意识到上述各点，并使之付诸实施，将不愁英美拜倒在我们的麾下。”
最后他满怀信心地说，“对海军来说，至为重要的也是谨慎自重，艰苦努力，当务之急就是无论如何也要迅速发展海上航空兵。”