Os "Brave Blossoms" estavam em boa forma em Toulouse e prevaleceram com três tentativas de Pieter Labuschagne, Michael Leitch, Kazuki Himeno e 13 pontos da bota de Rikiya Matsuda.
Samoa recebeu o cartão vermelho de Ben Lam no início da segunda parte, o que ajudou o Japão, apesar de a equipa do Pacífico ter conseguido uma reviravolta no final com uma penalidade e um remate convertido de Christian Leali'ifano.
O resultado deixou o Japão em segundo lugar com nove pontos, três a mais que Samoa, terceira colocada. A Inglaterra, com 14 pontos, classificou-se para as quartos de final como vencedora do Grupo D do Mundial-2023.
A Argentina enfrenta o Chile no sábado e uma vitória de bónus colocaria o país a par do Japão antes do confronto da próxima semana.
"É a nossa grande final, não é? Temos a oportunidade de jogar contra uma seleção de primeira linha que já enfrentamos algumas vezes", disse o técnico do Japão, Jamie Joseph:"Todos os rapazes vão estar muito animados para isso - é um grande jogo para nós."
A Argentina venceu o último confronto por 54-20 em 2016 e o único encontro num Mundial, por 33-12, em 1999, mas o Japão melhorou desde então, enquanto os Pumas têm enfrentado dificuldades recentemente.
Para chegar lá, o Japão foi obrigado a trabalhar duro contra Samoa, cuja capacidade física levou a equipa asiática ao limite.
"Foi um jogo muito difícil e tivemos de trabalhar muito para conseguir a vitória. Tiramos o chapéu para os rapazes de Samoa", disse Joseph, elogiando a defesa da sua equipa: "Eles são grandes, não são? Em alguns momentos, dominaram-nos e tivemos de nos esforçar durante todo o jogo. O compromisso estava certamente lá, mas havia uma ou duas coisas para trabalhar para a próxima semana."