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").
Следует отметить, что большую часть службы линкоры-гибриды вообще не несли самолетов.
Линейный корабль "Исе". 1930 г. (Наружный вид)
Одновременно усилили зенитную артиллерию. Так, по завершении работ на кораблях находилось 16 127-мм орудий (8 спаренных установок). Все спаренные 25-мм автоматы были демонтированы, их место заняли трехствольные автоматы. На момент завершения работ на борту кораблей их было 57. Обновили радиоэлектронное вооружение. Стандартное водоизмещение линкоров-авианосцев стало достигать 35350 т, полное 38676 тонн, длина 219,6 м. На испытаниях линкоры достигли скорости хода 25,3 узла.
В июне 1944 года вновь усилили зенитное вооружение кораблей — число 25-мм зенитных автоматов довели до 108 (31 трехствольный и 15 одноствольных). Тогда же на "Исе" и "Хьюге" появились новые радиолокационные станции. В конце 1944 года стало ясно, что новых самолетов для них нет и не будет, на полетной палубе установили 25-мм зенитные автоматы. Для увеличения углов обстрела средней группы башен главного калибра убрали катапульту.