因为在对马海战中的英勇表现，高野五十六受到了嘉奖。战争结束后，他继续在海军中服役，并凭借着自身的努力和才干，稳步晋升。
到了1916年，高野五十六的人生迎来了一个重要的转折点。他通过“嗣子”（也就是过继儿子）的形式，被长冈藩的一个家道中落、但曾经也算显赫的旧武士家族——山本家——正式收养，继承了山本家的香火，并改姓为山本，从此，高野五十六就变成了我们所熟知的山本五十六。同年，他还进入了日本海军的最高军事学府——海军大学校（简称海军大学）深造，并在毕业后晋升为海军少佐军衔。这标志着他已经进入了日本海军高级军官的培养序列。
如果说对马海战的炮火和海军大学的深造，锻造了山本五十六作为一名优秀海军军人的专业素养和钢铁意志，那么接下来一段在美国的特殊经历，则极大地开阔了他的国际视野，也让他对日本未来最强大的对手——美国——有了一种远超当时日本国内其他军政要员的、清醒而深刻的认识。
1919年至1921年，山本五十六被日本海军派往美国，进入了世界顶尖学府——哈佛大学——进行学习。他主修的，据说是石油经济和英语。在哈佛那自由开放的学术氛围中，山本不仅努力学习语言和专业知识，更广泛地接触了美国的社会文化和思想观念。
有意思的是，这位平时看起来不苟言笑、纪律严明的日本海军军官，在美国期间，却展现出了他性格中鲜为人知的另一面——那就是酷爱赌博！据说，山本对各种牌类游戏，比如桥牌、扑克牌，都非常精通，而且赌技高超，经常在赌桌上大杀四方，赢多输少。他还对赛马、轮盘赌等其他博彩游戏也颇有兴趣。
这种对赌博的痴迷，不仅仅是一种消遣，更在一定程度上反映了他性格中那种敢于冒险、大胆决策、追求极致胜利、甚至不惜孤注一掷的“赌徒”特质。这种特质，在他日后策划和指挥那些风险极高、但也可能带来巨大回报的军事行动（比如偷袭珍珠港）时，也表现得淋漓尽致。
从哈佛学习归来后不久，1925年至1927年（一说1926年至1928年），山本五十六再次被派往美国，这次的身份更加重要——担任日本驻美国大使馆的海军武官。
作为海军武官，山本有机会更深入地接触美国的军事、政治、经济和社会各个层面。他利用这个机会，遍访了美国的各大造船厂、飞机制造厂、汽车工厂（比如福特公司那令人震撼的流水线生产）、钢铁企业，甚至还去得克萨斯等地的油田进行了实地考察。
这些亲眼所见的景象，让山本五十六对美国的工业潜力和战争实力，产生了一种近乎敬畏的深刻认识。他看到，美国的工厂规模之庞大、生产效率之高、技术水平之先进、以及其背后所蕴藏的石油、钢铁等战略资源的丰富程度，都远远不是当时资源贫乏、工业基础相对薄弱的日本所能比拟的！
他清醒地意识到，如果日本真的与美国爆发全面战争，那么在初期，日本或许可以凭借着偷袭和局部的战术优势，取得一些暂时的胜利。但一旦战争陷入持久，美国的巨大工业机器全面开动起来，那日本将毫无胜算，最终必将因为资源枯竭和国力不支而被活活拖垮、碾碎！
这种对美国强大实力的清醒认识，使得山本五十六在后来日本军部内部讨论对美战略时，一直持有一种相对谨慎和现实的态度。他不像那些被狂热民族主义冲昏了头脑的陆军马鹿那样，盲目叫嚣着要与美国“决一死战”。他知道，跟美国打仗，那是在玩火，而且是在玩一场日本根本输不起的火！
从美国归来后，山本五十六凭借着其卓越的才干和在美国期间积累的宝贵经验，在日本海军内部的仕途也是一路顺风，逐步升迁，担任了多种重要的参谋和指挥职务。
1928年，他首次获得了真正意义上的舰长指挥权，先后担任了轻巡洋舰“五十铃”号和更重要的——航空母舰“赤城”号的舰长。
指挥“赤城”号航空母舰的这段经历，对山本五十六后来的军事思想产生了极其深远的影响。他亲身体验了舰载航空兵在海战中的巨大潜力，也敏锐地预见到了，未来的海战，将不再是传统战列舰之间用大炮互轰的“炮战决胜”时代，而是由飞机来主宰沉浮的“航空制胜”时代！
在当时那个“大舰巨炮主义”依然是世界各国海军主流思想的年代（各国海军都把拥有更大口径火炮、更厚重装甲的战列舰视为海权的象征和舰队的核心），山本五十六的这种“航空制胜论”，无疑是显得有些“离经叛道”，甚至被一些海军内部的保守派大佬们视为“异端邪说”。
但山本是个认准了道理就不会轻易回头的人。早在1920年代中后期，当他还是一名炮术专家的时候，他就已经敏锐地意识到了海军航空兵的未来。他不顾当时炮术科才是海军军官晋升“王道”的传统，毅然决然地由炮术科转入了刚刚兴起的海军航空兵科，甚至还亲自接受了飞行训练（虽然他最终并没有成为一名合格的飞行员，但他对飞机的性能和航空作战的特点，有了更直观的了解）。这种敢于挑战传统、拥抱新事物的远见卓识，使他成为了日本海军航空兵的早期奠基人和最重要的推动者之一。
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