Det hade spekulerats i att Kim skulle stanna i Kina för ett möte med president Xi Jinping. Trump, även han tillbaka i hemlandet, har efter toppmötet sagt att Nordkorea inte längre utgör något kärnvapenhot.
Japan arbetar samtidigt med att få till stånd ett toppmöte mellan Kim och premiärminister Shinzo Abe, enligt tidningen Yomiuri.
– Vi hoppas att ett Japan/Nordkorea-möte kan genomföras på ett sätt som leder till en lösning av bortföringsfrågan, sade Japans kabinettssekreterare Yoshihide Suga, vid en pressträff.
Infekterad fråga om bortförande
Bortföringsfrågan som Suga syftar på handlar om de många fall genom åren där japanska medborgare spårlöst försvunnit och det senare framkommit att de förts bort av Nordkorea. 2002 erkände Nordkoreas dåvarande diktator, Kim Jong-Il, att landet fört bort 13 japanska medborgare.
Nu hoppas regeringen Abe att de något mjukare relationerna mellan Nordkorea å ena sidan, och Sydkorea och USA å andra sidan, kan leda till en öppning. Enligt tidningen Yomiuri tog Donald Trump upp frågan om bortförandena vid det historiska mötet med Kim Jong-Un i tisdags.
Enligt flera källor har Nordkorea och Japan haft flera kontakter under de senaste månaderna för att förhandla fram ett möjligt möte. Ett alternativ som diskuteras är ett Abe-besök i Pyongyang runt augusti.
Skickar toppnamn till Ulaanbataar
Ett nytt närmande på toppnivå från Japans sida kan komma redan under torsdagen. Utrikesministeriet i landet har nämligen skickat en högt uppsatt representant till ett två dagars internationellt möte i Mongoliets huvudstad Ulan Bator.
Här räknar man från japanska regeringens sida med att kunna etablera en viktig kontakt med den representant från Nordkorea som väntas delta på mötet, uppger Yomiuri.
– Det stämmer att det extremt allvarliga säkerhetsläget för Japan har lättats, sade Yoshihide Suga under onsdagens pressträff.