O conselho básico em Eu tenho dois passaportes / nacionalidades. Como usá-los quando viajo? se aplica, o que significa que seu plano deve funcionar.
Em termos mais gerais, o Japão não é um desses países que se esforça ativamente para determinar se você é um cidadão duvidoso e não precisa se envolver em complicadas manobras de troca de passaporte. O principal problema é renovar seu passaporte japonês, mas isso é outra história.
Os cidadãos japoneses podem entrar na China sem visto por 15 dias, não apenas 72 horas. Mas se a sua escala for de apenas 15 horas, isso é inútil para você, e eu ficaria com o passaporte americano durante toda a jornada para tornar a vida mais fácil.
Uma coisa que você irá querer observar são os requisitos de companhia aérea / país para bilhetes de retorno. Por exemplo, se você tentar sair do Japão para o país X em seu passaporte americano, a companhia aérea poderá não permitir que você submeta a bordo ou a imigração, a menos que você tenha um ingresso de X - e se o ingresso for para o Japão, mas em um nome diferente porque é para o seu passaporte japonês, as coisas podem ficar complicadas.