Число и калибр башен главного калибра осталось прежним, но был увеличен угол возвышения орудий до 43°, выросла соответственно и дальность стрельбы, она отныне была равна 35400м.

Из-за невозможности стрельбы при волнении сняли 4 носовых казематных орудия по 2 с каждого борта. 11а оставшихся увеличили угол возвышения до 30°, при этом дальность стрельбы увеличилась до 19100 м.

С линкоров убрали 76,2-мм зенитные орудия и вместо них установили 4 спаренных 127-мм зенитных орудия. Появилась малокалиберная зенитная артиллерия — 40-мм зенитные автоматы и 13,2-мм пулеметы. По другим данным на линкорах типа "'Исе" установили 25-мм автоматы.

Полностью были заменены приборы управления огнем. Главный калибр обслуживал центральный автомат стрельбы '"Тип 14", данные для него вырабатывались визирным постом "Тип 13" и 4 дальномерами с шестиметровой базой "Тип 14". Системы управления огнем 140-мм орудий оставались прежними, а 127-мм зенитные орудия дальнего боя своей системы управления огнем пока не получили.

Во время проведения работ корабли лишились торпедного вооружения.

Значительные изменения претерпело авиационное вооружение — катапульту с крыши башни сняли. Катапульты и краны для подъема самолетов с воды перенесли на ют. Там по правому борту размешалась катапульта "Куре №2" и 3 гидросамолета "Е7К2/Е" ("Дейв").

По окончании модернизации экипаж насчитывал 1376 человек.

Линкор "Исе" во время модернизации. Середина 1930-х гг.

В 1939 году установили новую систему управления огнем. Главный калибр управлялся с помощью двух центральных автоматов стрельбы "Тип 94". Дальномеры "Тип 14" были установлены в двух полностью стабилизированных постах "Тип 94". Противоминный калибр вел огонь по данным 2-х командно-дальномерных постов "Тип 13", в которых стояли дальномеры с базой 4,5 м "Тип 13". Зенитная артиллерия дальнего боя управлялась с помощью 3-х стабилизированных командно-дальномерных постов "Тип 89", в которых находились дальномеры "Тип 94" с базой 4,5 м.

В 1942 году с линкора "Хьюга" была демонтирована 5-я башня главного калибра. В ее барбете была оборудована площадка, на которой разместились 4 спаренных 25-мм зенитных автомата.

В первом полугодии 1942 года на линейных кораблях появилось радиоэлектронное вооружение. Радиолокационная станция "Тип 22" была установлена на "Хьюге", но у командира корабля к ней возникли претензии, и вскоре ее сняли. "Исе" получил радиолокационную станцию "Тип 21", которая оказалась более удачной.

После мидуэйской катастрофы принимается решение о перестройке обоих линкоров в авианосцы. Но переоборудование в условиях военного времени должно было занять слишком много времени, и к тому же потребовало большое количество материалов. Пришлось пойти на компромиссный вариант перестроить корабли в гибриды — линкоро-авианосцы. Практически все крупные флоты имели эскизные проекты подобных кораблей, но в строй вошли только шведский крейсер "Готланд" и японские крейсера типа "Тоне".

О причинах отказов можно судить по реакции советских специалистов на предложение американской фирмы "Гиббс энд Кокс" о строительстве гибрида авианосца с линкором. Отзыв наших моряков и судостроителей был отрицательным. "Создание гибрида линкора с авианосцем представлялось тактически нелепым, поскольку линкор должен был сближаться с кораблями противника на дистанцию стрельбы своей артиллерии, а авианосцу следует находиться как можно дальше от них, воздействуя на противника лишь авиацией." (Васильев A.M. Линейные корабли типа "Советский Союз" стр. 123).

Линейные корабли "Исе" и "Хьюга". (Сведения о кораблях, опубликованные в английском справочнике "JANE'S FIGHTING SHIPS". 1921 г.)

Но у японцев не было выбора, в 1943 году "Исе" и "Хьюга" прибыли на верфи для проведения работ. Перед этим с кораблей демонтировали все казематные орудия, затем сняли с линкоров кормовую группу башен главного калибра. Угол возвышения орудий средней группы башен увеличили до 45°. Полетную палубу оборудовали в кормовой части, с рельсами для передвижения гидросамолетов и поворотным кругом. Установили стартовые катапульты. Некоторые части в районе этой палубы прикрывались 203-мм слоем бетона. Дополнительную бетонную защиту получило румпельное отделение.

Полетная палуба предназначалась только для старта самолетов, посадка колесных самолетов планировалась на береговые аэродромы или на авианосцы. Оборудовали ангар длиной 60 м (по другим данным, 40 м). Для подъема самолетов на верхнюю палубу имелись лифты.

По первоначальному проекту авиагруппа должна была состоять из 22 пикирующих бомбардировщиков "D4Y4" "Суисей" (американское кодовое название "Джуди"). Но к моменту возвращения в состав флота переоборудованных "Исе" и "Хьюги" их в наличии не было. Пришлось укомплектовать авиагруппу гидросамолетами "Е16А1" (американское кодовое название "Поль"). 24 августа 1943 года во время ходовых испытаний на борту "Исе" находились пикировщики "Айчи D3A1" (кодовое обозначение "Вэл").