“武藏”號離開特魯克前往東京時，艦上的絕大部分人員還並不知道山本的死，有關山本遇難的消息依然還是保密的。雖然艦上大部分官兵並不知道戰艦為何前去東京，但有相當一部分人開始產生了懷疑。因為艦上長官室附近的通道被禁止通行，有人無意中還看到了身上纏著繃帶的宇垣參謀長，也有人看到了白色的骨灰盒，還有一些人在長官室周圍嗅到了燒香的味兒。
在這種情況下，艦長經請示得到允許之後，命副艦長加藤憲吉大佐召集全艦官兵傳達了山本等遇難身亡一事。
日本首相東條英機與軸心國德國和意大利代表在一起。5月21日，也就是“武藏”號抵達東京灣的當天下午，日軍大本營向國民公布了山本遇難身亡的消息，全文是這樣寫的：
聯合艦隊司令長官海軍大將山本五十六，本年4月於前線，在同敵人作戰的飛機上指揮全麵作戰中，不幸壯烈犧牲。遵聖上親命，接替他職務的是海軍大將古賀峰一，已前往聯合艦隊就任。
同日，情報局發布的公告稱：追授山本大勳位、功一級、正三位、元帥稱號（勳：日本授予為國建立功勳者的稱號，分一至八位並有正、從，共十六等；功：日本授予陸海軍軍人的金質勳章等級，最高者為功一級，最低者為功七級。位：對建立功勳和功績者授予的榮譽官階，從一位至八位，並有下、從之分，共十六等），按國葬規格進行安葬。海軍方麵還請求加賜山本以“男爵”稱號，但未獲批準。
5月23日，停泊在木更津海麵的“武藏”艦上，全員行動，從一大早就開始了大清掃，然後，在艦上舉行了告別儀式。上午11時30分，山本的骨灰盒被移至特意前來接運的驅逐艦“夕雲”號上，由“秋雲”號驅逐艦隨從護航送往橫須賀。臨行時，聯合艦隊旗艦“武藏”上的全體官兵列隊甲板，舉行了隆重的送別儀式。
骨灰盒由渡邊安次捧著。
山本的嗣子義正和堀悌吉等人在橫須賀港碼頭上，恭候山本遺骨的到來。“夕雲”艦到達後，他們接過骨灰盒，來到橫須賀火車站，登上了開往東京的專列。
下午2時43分，列車抵達東京車站。有200多人前來車站迎候。其中，有奉命趕來的誠英一郎侍從武官、各宮室代表，有山本的遺孀禮子等家屬，還有政府和軍界的要人。列車停在站內第4站台第4道線路上。東條、島田、永野等政界、軍界要人列隊恭候在月台上。近衛文磨也特意趕來迎候。站在家屬行列中的山本的次女正子，見到從車上捧下來的父親的骨灰盒，便忍不住地用手帕掩麵哭泣起來。骨灰盒被暫時安放在站內的貴賓接待室裏，前來的人們一一參拜完後，便送上了在站外等候的汽車。以海軍省首席副官柳澤大佐所乘坐的汽車為先導，車隊整齊地離開了車站，經皇宮的櫻田門，過海軍省，很快到達芝區的水交社。骨灰盒被安放在山本非常熟悉的水交社側館中預先設置好的祭壇上。
山本的死，使海軍的官兵們，包括普通國民在內，都沉浸在極度的悲痛之中，可謂舉國上下如喪考妣。他們不能不為戰爭的前途而感到憂慮和不安。他的死還震動了當時日本國內的文人學士，他們揮筆為這位法西斯戰將寫下了大量悼念陛的詩歌。
米內光政得到海軍省“山本已戰死在戰場上”的通知時，正在和後來小磯米內內閣中任海軍政務次官的政友會成員綾部健太郎談話。據說，米內光政在得知這一消息後，刷地流下了眼淚，他顧不得去擦，痛苦地閉著雙眼對綾部說：
“作為山本本人來說，也許他願意這樣死去，他或許感到滿足了。然而，不論是日本還是海軍，卻失去了一個不該失去的棟梁。”
對美國來說，擊落山本座機的價值，不僅僅在於使對方失去了一個高級指揮官，而更重要的是給日本國民，特別是日本海軍全體官兵的心理上以巨大打擊。
山本的國葬儀式是在1943年的6月5日，這和9年前東鄉平八郎大將的國葬儀式是同一天，這是特意安排的一一於東京日比穀公園的殯儀場舉行。
國葬儀式正式開始後，首先到靈前吊唁的是天皇、皇後和皇太後所派命臣——德大寺侍從、小出事務官、兩邑事務官等，接著是各族有關人士或他們所派來的代表。當腳穿草鞋，戴著眼鏡，手持玉串（獻神用的楊桐樹小枝，有葉七八枚）的22歲的嗣子義正緩步來到靈前時，軍樂隊奏起海軍儀禮曲《合生》的前八段樂曲，同時鳴槍三響，以示哀悼。