Yamaguchi to kolejowy węzeł w zachodniej części Honsiu, położony między korytarzami kolejowymi Kansai, Chugoku i Kyushu. Miasto ma dwa kluczowe dworce pasażerskie: Shin-Yamaguchi dla dalekobieżnych połączeń kolejowych oraz Yamaguchi Station dla regionalnego dojazdu do centrum miasta. JR West obsługuje główne połączenia, w tym pociągi Sanyo Shinkansen na Shin-Yamaguchi oraz linie lokalne w całej prefekturze Yamaguchi.
Połączenia kolejowe z Yamaguchi obejmują szybkie odjazdy Sanyo Shinkansen, pociągi regionalne na linii Yamaguchi Line, Sanyo Main Line i Ube Line, a także lokalne połączenia w kierunku obszarów nadmorskich i śródlądowych prefektury. Shin-Yamaguchi jest głównym dworcem kolejowym dla połączeń międzymiastowych i szybkiej kolei, natomiast Yamaguchi Station obsługuje pociągi regionalne na linii Yamaguchi Line.
Trasy kolejowe z Yamaguchi biegną na wschód do Hiroszimy, Okayamy, Kobe, Kioto i Osaki, na zachód do Kokury i Fukuoki, na północ linią Yamaguchi Line do Tsuwano i Masudy oraz na południe do Ube i społeczności nadmorskich. Rezerwuj pociągi z i do Yamaguchi online w Rail Monsters.