Japan gör därmed Iran, Brasilien och värdlandet sällskap som kvalificerade landslag till nästa sommars VM-slutspel.
Takuma Osano gav hemmalaget ledningen kort före halvtid när han sprang sig helt fri på ett inlägg och stötte in 1-0. Yosuke Ideguchi gjorde det ännu vackrare när han vände bort tre australienska försvarare innan han vinklade in 2-0-målet vid bortre stolpen.
Därmed är Japan garanterade vinnare i Asiens VM-kvalgrupp B. Ytterligare en direktplats återstår att delas ut med en omgång kvar. Men i och med dagens förlust har Australien inte längre sitt öde i egna händer. Man har samma poäng som grupptvåan Saudiarabien men två måls sämre målskillnad. Australien behöver en seger mot jumbon Thailand i sista gruppomgången nästa vecka – och får hoppas att Japan kan slå eller kryssa med Saudiarabien.