2021年にNPB史上8人目かつ令和では初の投手5冠を達成、翌2022年にはNPB史上初となる2年連続の投手5冠を達成した。
2021年から2023年にかけてNPB史上初となる3年連続の投手4冠を達成、歴代最長タイとなる3年連続で沢村栄治賞・MVPを受賞した。
2023年には沢村栄治、亀田忠以来史上3人目(2リーグ制後では初)となる2年連続ノーヒットノーランを達成(2022年6月18日対西武戦、2023年9月9日対ロッテ戦)。
2016年10月20日に行われたドラフト会議では、オリックス・バファローズから4位指名を受け、契約金4000万円、年俸500万円(金額は推定)という条件で入団した。背番号は43。都城高校からのNPB入りは、1994年のドラフト会議での指名を経て横浜ベイスターズと契約した福盛和男以来22年ぶりだった。担当スカウトの山口和男によれば、3年春にスカウトの間で「山本は足を怪我したから社会人に行くらしい」との情報が流れ、各球団が手を引く中、「間違いない選手ですから。信じて下さい」と球団幹部を説き伏せた結果、4位で指名できたという。また、山口は5月31日の宮崎県大会の宮崎日大戦での3安打14三振完封勝利を飾った試合を見て、山本への評価を固めたという。当初は高校卒業後、ある社会人チームへの内定が決まっていたが、プロ志望届の提出期限直前に方針転換して、社会人チーム入りを断ったという。