Japan kom till matchen mot Kamerun med en 1-0-seger över Schweiz i bagaget.
De kamerunska spelarna gick även de in med ett gott självförtroende inför mötet med den regerande världsmästaren i och med 6-0-segern över Ecuador i öppningsmatchen.
Dock var det Japan som tog tag i taktpinnen direkt från matchstart och redan i den sjätte matchminuten kunde Aya Sameshima placera in 1-0 efter ett inspel som passerat Kameruns utrusande målvakt.
Drygt tio minuter senare ökade Yuiki Sugasawa på till 2-0 efter att hon med sin nick avslutade den japanska hörnvarianten.
Japan var fortsättningsvis det spelförande laget och tog sig via sitt sedevanliga kombinationsspel till flera målchanser.
Även Kamerun stack flertalet gånger upp och skapade lägen, men de afrikanska spelarna saknade ofta rätt skärpa i avsluten.
Med sitt reduceringsmål i den 90:e minuten såg Ajara Nchout till att sätta rejäl nerv i de avslutande minuterna av matchen.
De regerande världsmästarna höll dock undan och är med sina sex inspelade poäng vidare till åttondelsfinal.
Schweiz och Kamerun, som möts i sista matchen, har tre var. Ecuador är utan poäng efter två förluster och möter Japan på tisdag.
Matchen dömdes av svenska Pernilla Larsson, med Anna Nyström som en av de assisterande domarna.