發展沿革
研製背景
獵戶座級戰列艦征服者號公元一九零九年（明治四十二年），英國海軍開始建造新一級的獵戶座級戰列艦，此級戰艦擁有超過無畏級12英寸炮標準的13.5英寸主炮，而且其主炮塔都布置於艦身中線，成為海軍史上第一艘所謂的“超無畏級”戰艦，繼無畏級戰艦震驚全球海軍後，英國海軍又以超無畏級戰艦壓倒群雄，為此，各海軍強國無不投入全力開發出自己的超無畏級戰艦。其中，美國在一九一零年（明治四十三年）計畫中預計建造兩艘搭載14英寸主炮十門的超無畏級戰艦紐約級，而死對頭日本海軍則是在同年的計畫中預計建造火力超過紐約級，擁有14英寸主炮十二門的第一艘日本超無畏級戰艦扶桑級。
預算編列
扶桑級戰列艦扶桑號明治四十三年度的艦隊補充計畫中，原本預計建造戰艦扶桑級八艘，但是因為預算審議的延遲，一開始只通過了首艦扶桑號的建造，在明治四十四年度（1911 年）的緊急軍備充實計畫中，再度要求建造剩下的七艘扶桑級戰艦，其中先行建造三艘，跟原來的扶桑號配成四艘，剛好跟當時用有的四艘金剛級巡洋戰艦相對應。這三艘的預算就是後來的山城號、伊勢號以及日向號。 明治四十四年九月，建造案上呈國會，卻又因為財政上的原因，遭到否決，直至隔年大正元年（1912 年）十二月才通過六百萬日元的大正二年度軍備補充費，開始決定再造三艘超無畏級戰艦。
設計確定
1917年剛剛下水的伊勢號雖然日本帝國海軍決定了三艘新造戰艦的計畫，但是由於之前預算的延遲，所以三、四號艦的開工時間被大幅的延遲。在這段期間中日本帝國海軍發覺到世界各海軍先進國造艦技術的發展以及新型戰艦的急速大型化，日德蘭海戰對以後軍艦設計帶來了的極大的影響，另一方面也從扶桑級的實用經驗得知該級存在有許多需要改進的缺點，於是趁著預算未能通過的時間，將扶桑級三、四號艦的設計大作修改，以追上世界的造艦水準，使得扶桑級三四號艦成為新的一級戰列艦，伊勢級戰列艦就此誕生。1917年12月1日和1918年4月30日兩艦分別完工，而編入日本聯合艦隊第一艦隊第一戰隊，並於1920年8月29日加入了干涉西伯利亞的行列。
命名原則
1917年剛下水的日向號伊勢級戰艦依照日本軍艦命名原則，戰艦應以古日本分國名為名，其中伊勢號的由來是伊勢國，該國位於今日名古屋附近，以奉祀日本民族最高之神天照皇大神之伊勢神宮著稱，該神宮是天照大神的御社，每數十年都需要重新拆除重建，是日本精神層面上最崇高之聖地。而其姊妹艦日向號的命名則來自於日向國，該國位於今日九州島東南岸宮崎縣一帶，面受黑潮，背有霧島群峰以及高千穗天孫降臨之地，是古日本十分有名的地區。由於古時候有“朝日直射之國、夕日斜照之國”的稱號，所以得其名。其境內有祭祀日本第一代天皇神武天皇宮崎神宮，以及許多古日本文物的出土地點。兩個國名都古日本的代表地名，都具有宗教上的意味。
設計特點
由於本級艦為扶桑級戰列艦的改型，在設計上大體與扶桑級戰列艦相同，見詞條： 扶桑級戰列艦
主炮配置
伊勢級1917線圖及炮塔布置圖伊勢級的火力跟扶桑級相當，同樣是具備四十五倍徑十四英寸連裝炮六基共十二門，而在艦型上有許多的改良。主要的改正點在於六座主炮塔的配置，扶桑級的三、四號炮塔分別位於後部煙囪的前後，而伊勢級則是將三、四號炮塔以背負式的排列方式布置在後部煙囪的後面，這樣六座炮塔就正好分作三群背負式的炮群，分別位於全艦的頭中尾三部分，這樣的配置方式跟美國的懷俄明級戰艦相同。這在炮塔彈藥庫的防禦以及射擊指揮上多有利點，但是卻因為最上甲板只延伸到中部主炮群，不像扶桑級一直延伸到後部主炮群，所以艦內空間大為縮小，一方面人員定數又較扶桑級為多，所以在居住舒適性上有所影響。
副炮配置
三年式八厘米高角炮本級艦在新造完成時就已經搭載了四門八厘米高射炮，並且也裝備了射擊方位盤。由於日本海軍在扶桑級的實用上發現了嚴重的主炮射擊爆風問題，所以在伊勢級的上部配置上有所改進，例如主要艦載艇都集中放置在後部煙囪基部，並且設有防止主炮爆風的鐵板。副炮的配置上也跟扶桑級不同，扶桑級單舷八門的單裝副炮是沿著艦舷從艦首一直布置到艦尾，伊勢級則因為最上甲板只延伸到第二炮群，所以副炮都集中在第一炮群到第二炮群間的區域，第二炮群後即無副炮炮位。雖然十四厘米炮體積較六英寸炮小，但是高達二十門的裝備數量仍無法在這短短的區間以炮廓的方式配置完全，於是兩舷各有一門十四厘米副炮被安置在甲板上，形式就跟使用在5500噸級輕巡洋艦上的一樣，擁有炮盾。
主炮裝填
日向號和伊勢號共同海試主炮的裝填方式也從扶桑級仰角五度的的固定裝填方式改成了可以從仰角五度到二十度間的半自由裝填方式，在發射速度上有所改善。另外在武裝上最大的改變就是將副炮從六英寸副炮（15.2 厘米）換成了五十倍徑十四厘米副炮，原因是因為自從金剛級以來使用的六英寸副炮炮彈對於體格較小的日本人來說負荷過重，在長時間連續射擊上無法有很好的成績，相對於六英寸炮炮彈四十五公斤的重量，十四厘米炮的炮彈只有三十八公斤，雖然在威力上有所退減，但是有利於長時間連續射擊，另外在射擊速度上也有大幅改進，從原來的一分鐘六發進步到一分鐘十發。而且副炮的搭載量也從十六門增加到了二十門。
艦體防禦
日向號（1918）防禦力上的改進，包括主炮塔前盾、炮塔環、防禦甲板的增厚、水中防禦的改善、縱隔水壁以及防水區間的增加等。主機出力為四萬五千馬力，較扶桑級多了五千馬力，但是由於排水量也增加了，所以速度只比扶桑級快約零點五節。在新建當時，前後主桅的高度跟扶桑級相反，前桅縮短了八米，後桅增長了二十米，這使得新造時的伊勢級戰艦的三腳後桅十分高聳。本級艦首艦伊勢號於1915年5月10日在神戶川崎重工起工，工事狀況順利，於隔年下水，並於1917年12月15日竣工 ，二號艦日向號則是較伊勢號早幾天，於1916年5月6日在三菱長崎造船所起工，最後晚伊勢號幾個月，於1918年4月30日竣工。
前期改裝
大正末年
改裝後的日向號在伊勢級竣工後大正八年（1919），日向號首先爆發了該級的第一次事故，在同年十月，日向號於千葉縣野島近海執行射擊訓練時，三號炮塔右炮發生膛炸，為此該艦於大正十年（1921）進塢進行了修復工程，並且順便執行了他生涯中第一次的改裝工事，增加了主炮的最大仰角。而伊勢號跟隨著日向號的腳步，在大正十二年（1923）接受了他第一次的改裝工程。伊勢號下水之時正巧為日德蘭海戰爆發的同年（1916），所以算是前日德蘭式的戰艦，在日德蘭海戰後設計建造的戰艦，多注重遠距離炮戰，包括主炮仰角的提升，以及相對應的加厚甲板裝甲來抵禦從遠距離射來落下角度較大的炮彈。
1920年的日向號因應這個潮流，伊勢級戰艦在這次改裝工事中將其主炮最大仰角從原來設計的二十五度增加到了三十度。另外，在前桅樓中段增設了探照燈的架設平台，將原本設於前桅樓上段的探照燈移下來。接下來，在大正十三年（1924），則是加強了主炮塔上蓋的裝甲，這也是因應後日德蘭時代而實施的改裝。另外，在前桅樓增設了副炮指揮所以及測距所等建物。在這個時期，伊勢級撤去了後煙囪兩側的探照燈，另外架設在第二、三、五號主炮塔上的主炮炮塔測距儀也從竣工時搭載的波式六米型換成了八米型。
昭和初年
1927年的伊勢號昭和二年（1927）伊勢號在第二炮塔上增設了滑走台，但是由於不久之前在戰艦山城號上以十式艦上戰鬥機所試驗的陸上機發進實驗，其結果並不理想，不久之後伊勢號就撤去了滑走台，改在第五炮塔上裝備了水上機 停置甲板，能停放一架水上偵察機，由裝備於後桅的吊竿吊至海面起飛並回收，日向號也裝上了相同的裝備。另外，此時期的伊勢級戰艦撤去了沿著艦舷布置的魚雷防護網設定裝備。昭和三年到四年（1928~1929）間，伊勢級戰艦再度進行了近代化改裝工事，這次主要集中在前桅樓的近代化工事，增添了許多建物，包括副炮測距所、發令所、偵查巡邏哨等，另外在艦橋上裝備了留式機銃三挺。
改裝之後的伊勢號這些加裝的建物使得原本構造簡單的三角桅突然間變成了一座結構極其複雜的 細長高塔。由於前桅樓構造高大複雜，原本設於三角桅後方的第一煙囪造成了新式艦橋的困擾，因為前桅樓建物的粗大化而且延伸至桅頂，使得第一煙囪的排煙會倒灌到艦橋里，加設在煙囪口高度以上的建物就更別說了，將會直接的遭受大煙囪的煙燻。為此，在第一煙囪的排煙口裝置了防煙倒灌的煙囪帽。另外，在第二煙囪後方設定了探照燈平台，收容了從前桅樓撤下來的四具探照燈，此時全艦總計八座探照燈，其中第二煙囪後部平台四具，前後桅各兩具。
昭和七年
1930年的日向號昭和七年（1932）開始，伊勢級戰艦實施了對空兵裝的強化改裝，將原來的四座八厘米四十倍徑高角炮以及設定在甲板上第一煙囪兩側的兩門十四厘米單裝副炮撤去，裝設了新一代標準的八九式十二點七厘米四十倍徑連裝高角炮四座，兩座布置在前桅樓的基部，兩座則取代原先甲板上副炮的位置，裝置在第一煙囪兩側，這兩座高射炮因為位於甲板上，怕遭受到主炮爆風影響，於是在這兩座高射炮操作平台的四周架起了防止爆風的鐵皮帷幕，這種例子僅見於伊勢級戰艦。高射炮的火控裝置九一式高射裝置則設定於前桅樓下段的兩側。在高射機槍方面，於第二煙囪前部設定了平台，在其上裝備了兩座維克斯40mm 連裝機銃。
1931年第一戰隊的伊勢號駛出橫須賀這個時期的伊勢號在外觀上最大的改變除了前桅樓的複雜化以外，還包括了後桅的縮短，前桅的信號旗桁改成了從中間段向後轉折的奇特型態，是這時期伊勢 級戰艦最容易判別的象徵之一。另外，航空兵裝方面也較昭和二年（1927）更為進步，將第五炮塔上的水上機停放甲板拆除，於艦尾左舷增設了吳式二號三型彈射器，並在右舷同樣位置增設了吊起水上機用的吊桿，吊桿座從右舷艦尾處向外膨脹，也是辨識的要點。最後，在這個時期撤去了水線下的固定式魚雷發射管。
昭和十年
1937年改裝之後繼扶桑號、山城號之後，伊勢級戰艦又於昭和十年（1935）實施了更徹底的大規模改造，這次大規模改造因為限武條約期限將近，完成後已經是無條約限制的時代（華盛頓條約以及倫敦條約期限都只到1936 年 12 月 31 日），所以改裝的幅度較過去更大、更完整。 日向號於昭和九年（1934）底於吳工廠開始進行改裝，而伊勢號則是於昭和十年（1935）八月一日開始這項大規模的近代化改裝。這次戰前最後一次，也是規模最大的一次近代化改裝，其主要升級點在於炮戰距離的延長、水平防禦的強化、水中防禦的加強，以及更大的一個工程——換裝新的主機，以獲得更高的速力，當然，上部結構也因為增添許多建物而更加的複雜化。
炮裝方面
艦首主炮首先，全部的主炮除了最後一座炮塔至第六號炮塔由於空間的問題以外，其最大仰角都從之前幾次改裝後提升到的三十度角，進一步加大到了四十三度，最大射程達到三萬三千米，同時，主炮射擊裝置也有所更新，在前桅樓的頂端裝設了巨大的基線長十米測距儀。副炮方面，最大仰角從原來的二十度增加到了三十度，射程延伸到一萬五千米，另外，副炮裝設處的形狀也有所改變，原來副炮上一層的甲板是平整的舷側弧線，在此時改成了鋸齒狀來配合副炮炮座。加上上一次改裝中拆除的兩門架設於第一煙囪旁甲板上的兩門副炮，原本二十門的副炮數量現在只剩下十六門。
上部建物
改裝之前的上層建築前桅樓由於需要更多的空間來裝置設備，原來的三腳桅所能架設的空間有限，於是在三腳桅後面架設了直達桅頂的補助支撐鋼架，使得前桅樓每層艦橋的面積都向後大幅增加，原本具有細長外觀的前桅樓一舉放大了兩倍寬度。另外，後桅樓也有擴建，向上增蓋了數層建物，在其上裝設了主炮的預備射擊方位盤以及副炮用的方位盤等設備。原本高大的後三角桅也有極大的改變，三角桅中的兩根支撐桅被裁去到後部艦橋以上的部分，後桅上部原有高大十字型的結構也都被除去，改成了一根較短的延伸桅，以及兩根從中間向左右張開約三十五度的桅，主桅柱頂的水平X型張線架也有延長，並且加裝了支撐架。
防禦部分
裝甲配置圖水平防禦方面，在彈藥庫上方有集中的防禦強化，加上了135mm 厚裝甲板，另外，輪機室上部、主炮塔、炮塔座環筒、揚彈筒等部分的裝甲都有所加強。在水中防禦的部分，伊勢級戰艦並不像長門級一樣擁有水中防禦縱壁，於是只好在彈藥庫部份的舷側加上了95mm~141mm不等的裝甲板。在輪機部分，於輪機側面加上了數層的液體夾層縱壁，裡面填充重油，充當水中防禦的緩衝，另外為了進一步加強水中防禦能力，也是因為大規模改裝使得排水量大幅上升，於舷側裝上了大型的船腹突出部，在船腹內設定了重油槽以吸收魚雷爆炸造成的衝擊力，在其外貼上了25mm 的DS鋼板當作直接防禦。
輪機部分
艦本式重油鍋爐最大的工程可能就是主輪機的更新了，撤去了原有的二十四具ロ（Ro）號艦本式鍋爐以及兩組寇蒂斯直結式主輪機，新設定的是四具艦本式齒輪渦輪，以及八具新式的ロ（Ro）號艦本式專燒鍋爐，出力從原本的四萬五千馬力大幅增加為八萬馬力，但是由於改裝也增加了不少的排水量，速度只從原來的二十三節增加到二十五節，這個速度是日本舊戰艦改裝後的標準速度。另外，為了讓速度達到這個標準，艦尾也實施了延長的工程，延長了約 4.3m，有利於增加細長比來減低阻力。
煙囪、防空武裝、航空兵裝等
伊勢號改裝後油畫
九六式 25mm連裝機槍由於前主桅向後擴增面積，第一煙囪必須被取消，於是兩個主排煙管路被集中在一隻擴增後的原第二煙囪，也由於原第二煙囪的擴大，環繞其旁的平台與支架又增加許多，以搭載更多的探照燈以及防空機槍座。在防空武器方面，高射炮仍維持上次改裝的規模，四座連裝八九式高射炮集中在前桅樓附近。高射機槍方面，撤去了原本老舊化的維克斯40mm 機槍，開始裝備當時選定為日本海軍統一制式防空機槍的九六式 25mm 機銃，在前桅樓前後各裝備了四座的九六式 25mm連裝機槍，在煙囪周圍支架上架設了四座，在後部艦橋前方也架設了兩座，總計十座。
伊勢號是第一艘在大改裝中就裝備了制式九六式 25mm機槍的戰艦。航空兵裝方面，將上次改裝中設定的吳式二號三型彈射器換成了吳式二號五型，由於延長了艦尾，具有更大的空間能放置水上飛機，其搭載量增加到了三架。另外，原本架設在艦尾的觀景平台也被拆除。後來在開戰海軍艦隊執行出師準備時，在船腹中放置了大量的水密鋼管，以保持一定的浮力。
零星改裝
1938-1939年的伊勢號昭和十一年（1936）九月到隔年五月間，伊勢級戰艦的大改裝工程終於陸續完成，改裝過後的伊勢級戰艦看起來像是脫胎換骨一般，在外型上跟之前有很大的差別，雄偉的艦容給予人深刻的印象。在大改裝完畢後到開戰之前，伊勢級又陸續的做了些的改裝，包括機槍射擊火控裝備的充實、應急排注水設施的裝備、前桅樓頂端新設的防空指揮所、船腹內填充的水密鋼管，以及舷外消磁電路的裝備等。這些零星的改裝大多在昭和十五年（1940）末的時候實施，並在昭和十六年（1941）秋天的時候完成了出師準備，接著就準備迎接太平洋戰爭的來臨。
參戰太平洋
伊勢號1936太平洋戰爭於昭和十六年（1941）十二月八日爆發，此時的伊勢級戰艦隸屬於第一艦隊第二戰隊，第一艦隊包括了當時日本海軍內除了兩艘長門級以外的所有戰艦，而第二戰隊的成員則包括了兩艘扶桑級以及兩艘伊勢級戰艦。開戰時，除了四艘金剛級戰列艦以外，剩下的六艘戰艦都停留在日本本土，沒有出戰的機會，這些戰艦既無法伴隨機動部隊奇襲珍珠港，拿去充當南遣艦隊支持隊又似乎太過委屈，就以日本中樞戰艦部隊的名份堂堂坐鎮在瀨戶內海，實際上則是沒有他們活躍的舞台，即使是日本海軍排定已久的九段作戰，這些戰艦都是排在最後一段大決戰時上場。
日向號炮塔爆炸曾經於大正八年發生膛炸事件的日向號，在昭和十七年（1942）五月五日又發生了意外慘劇，正在伊予灘進行主炮射擊練習中的日向號，第五炮塔的彈藥在裝彈時於炮膛中引爆，炮塔被完全炸毀，造成多名艦員死亡。由於戰爭的節奏不容許他留下修復更新炮塔，只好把第五炮塔的殘骸清理乾淨，在炮塔環上覆蓋上鋼板，並在其上裝設了四座的25mm三連裝防空機槍座。
二一號電探昭和十七年（1942）五月下旬，日本海軍試驗性的在兩艘伊勢級戰艦上裝設了日本海軍最早的電波探信儀（電探）設施，其中伊勢號裝上的是網狀外架的二號電波探信儀一型（二一號電探），其作用為防空兼水上警戒，能在五百五十公里處探得高度三千米的敵機，水上警戒力方面則能發現二十公里處的戰艦。二一號電探架設在前桅樓頂端測距儀塔上，當時的測距儀以及測距儀塔都是塗成白色。 日向號則是在前桅樓頂兩端裝上了喇叭狀的二二號電探，其作用為對海警戒用。
昭和十七年六月，兩艘伊勢級戰艦參加了中途島海戰，他們的位置仍是在第一艦隊第二戰隊，仍與兩艘扶桑級戰艦為伍，隸屬於聯合艦隊長官山本五十六親率的主力部隊中，除了四艘金剛級戰艦分別位於南雲機動部隊以及近藤攻略部隊中以外，該部隊匯集了日本海軍大和號以下的所有戰艦，一時之間日本海軍中樞戰艦部隊威容在海上一字擺開，威風凜凜，不過，在這場決定太平洋戰爭命運的中途島海戰中，這支戰艦部隊卻完全沒有起作用，只是徒然耗費大量的燃油罷了。
日向號爆炸後的五號炮塔模型在中途島海戰中，南雲機動部隊的四艘精銳航空母艦因為行蹤早已為美軍知曉，雖擊退次次來襲的美機，最後仍遭受美軍俯衝轟炸機的突擊而全軍覆滅。在這場戰役中戰術缺失方面，有一點就是南雲艦隊沒有配備對空雷達，如果能夠裝備雷達設施，則能更早發現來襲的美機，在應對迎擊方面有更大的裕度，或許南雲艦隊能逃過一劫並發動反攻擊潰美國艦隊反轉整個戰局也說不定。或許讀史者會在此感嘆日軍裝備雷達之晚，使得中途島一役潰敗，但是事實上，位於山本主力部隊中的伊勢號就裝備了試驗性的二一號電探，作為日本第一艘裝上雷達設備的戰艦，伊勢號留給歷史的卻是不甚名譽的印象。
航空艦改裝
改裝背景
雲龍型航空母艦葛城中途島海戰後，日本海軍真正的見識到了航空機的威力，為了急速補充在中途島海戰中損失的艦隊航空兵力，日本海軍提出了雲龍級航母的大量建造計畫，另外，許多改造航母的急造案也浮現台面。就改造成航母來講，至少要重巡以上的噸位才值得進行改造，一萬噸重巡約相當於一艘能搭載二十幾架戰機的輕型航空母艦，正在建造中的重巡伊吹就被選上半途改造成航母。 此時的日本海軍已經不得不承認戰艦已經是無用武之地，所以也打算挑幾艘戰艦來改裝成航空母艦，在日本的戰艦中，大和號、武藏號是日本也是全世界號稱最大最強的戰艦，耗力巨大才建造完成，絕對不可能拿來改造成航母，不過他們正在建造中的姊妹信濃號則被決定拿來改造成航空母艦。
長門級戰列艦長門再來，長門級戰艦威力也相當可觀，而且是日本海軍排名第二的戰艦，因此並不在候補名單內。金剛級雖然 火力又弱裝甲又薄，而且是當時日本海軍最古老的戰艦，但是因為擁有三十節的高速，在戰場上十分活躍，走的都是最前線。最後，名單鎖定在扶桑級和伊勢級這四艘又老又似乎沒有什麼用處，開戰至今也都尚未發揮過作用的主炮 14英寸級戰艦上。最後，由於日向號的第五炮塔在昭和十七年（1942）七月意外爆炸，對於改造工事來說正好免了拆卸該炮塔的麻煩，而是最後就決定將伊勢級戰艦兩艘改裝成航空戰艦。
改裝提案
航空戰列艦三視圖最早的提案是將伊勢級的上部結構完全拆除，搭起機庫，鋪設航空甲板而成為一艘真正的航空母艦，在計算上預計能鋪上二百一十米長、三十四米寬的飛行甲板，載機量有五十四架，經過這個提案改造完成的伊勢號航母在性能上將十分類似從商船改造過來的飛鷹級航空母艦，兩者在載機量以及速度上都十分相近，唯一的差別就是伊勢級仍保有戰艦級的厚重船身裝甲。不過，這個提案所需的改造工期約為一年半，這使得急於迅速增強航空兵力的海軍方面十分的不滿，於是下令改行新的改造方案，保留六門主炮，撤去所有的副炮，加強防空火力，在載機量方面則是儘量越多越好。
飛鷹級航空母艦隼鷹最後，伊勢級戰艦被改造成了史無前例的艦種－航空戰艦，前半段保持著戰艦的高大的艦橋以及主炮，後半段則鋪上飛行甲板，停放戰機。航空戰艦版的伊勢號只拆去最後面的五、六號炮塔，保留了八門主炮，在後部主炮群拆去所產生的空間上搭載了長四十米、高六米的一層機庫，其上則是長約七十米的飛行甲板，兩者之間有一具升降梯相連線。
艦載機選擇
E16A瑞雲水上偵察機航空戰艦計畫最早的艦載機計畫是搭載二十二架最新型的艦上轟炸機－彗星，其中有九架存放在機庫中，飛行甲板上能停留十一架，兩舷的彈射器上又能各停放兩架。這款使用液冷式引擎的俯衝轟炸機擁有炸彈艙，速度比零戰還快，預計在加上了足夠的機體補強以供彈射起飛後，搭載在航空戰艦上作為艦載機。不過，彗星是一架適用於傳統航空母艦操作的戰機，即使能以彈射器起飛，也無法像在一般航母那樣降落在飛行甲板，所以，伊勢號若搭載了彗星，則在起飛攻擊敵人後，在回航時必須降落在其它的正常航母上。
D4Y彗星俯衝轟炸機因為傳統艦上戰機使用的不方便，海軍方面決定將半數的艦載機改成水上機－水上機既能以彈射器起飛，回程時只要在艦上裝設一具起重機，就能停在水面上在以起重機回收至艦上。但是，水上機不管在速度還是載彈量上，都遠不及正規的艦上轟炸機，往往只能帶幾枚60公斤左右的炸彈充當反潛騷擾用而已。為此，日本海軍選中了專為轟炸任務而研發的高性能水上機爆擊機瑞雲來作為伊勢號的艦載水上機，瑞雲能搭載一枚 250 公斤炸彈，並且能作俯衝轟炸，性能跟九九式艦爆不相上下，是日本海軍的得意作品之
配套設施
伊勢級飛行甲板的示意圖為了能迅速的完成戰機彈射起飛作業，伊勢號裝用了新型的超大型彈射器－一式二號彈射器，這款新型的彈射器也裝備在搭載多架水偵的輕巡洋艦大淀號上，一式二號彈射器較之前所使用的吳式二號五型更為大型，能彈射的重量也大，而且擁有連續彈射戰機起飛的能力。伊勢號在飛行甲板前端左右舷各裝備了一具此型彈射器，高度跟飛行甲板同高，裝載在彈射台車上的戰機能藉由甲板上的導軌直接進入彈射器。使用了大型彈射器的伊勢號擁有三十秒彈射一架戰機的能力，全機起飛估計需要五分鐘的時間。
二視圖為了指揮飛行甲板的操作，在後桅樓上架設了射出指揮所。原來裝設在艦尾甲板的起重機，被抬高到了飛行甲板上以供吊放戰機使用。戰機使用的汽油槽、炸彈庫等設施則被架設在原有的第五、第六炮塔彈藥庫中，充分利用戰艦炮塔彈藥庫防禦力較高的優點。搭載的油量以及彈量足夠全艦戰機出擊三次使用。原來撤去的炮塔遺蹟上則覆蓋以 150mm 的裝甲板保護。
改裝完成
改裝艦體概覽將伊勢級戰艦改造成航空戰艦的工程在昭和十七年末開始著手進行，昭和十八年（1943）二月二十日，伊勢號進入吳海軍工廠的船塢，正式開始改造，同年八月二十三日完成工程。除了撤去後部主炮群、增設飛行甲板及機庫外，在其它兵裝以及艤裝上也有所更動。首先，為了因應日漸激化的艦對空作戰，伊勢 級的航空火力大幅的強化，高射炮方面從原來連裝四基倍增到了連裝八基，使他成為日本海軍中除了大和級以外，裝設最多防空炮的戰艦。新增的四座防空炮分別裝設在司令塔兩側以及煙囪兩側，高射炮布置格局十分緊密。
改裝後的伊勢號高射炮指揮裝置也由原先的九一式高射裝置換成了新型的九四式高射裝置，除了原有艦橋兩側的兩具外，在煙囪兩側的支架上也增設兩具。防空機槍方面，原來配備九六式連裝 25mm 機銃十座，此時都換成三連裝，並且再新增九座三連裝機銃。副炮方面，遭到全數撤去，在原先的副炮位置貼上 18mm的鋼板補強，原先的副炮方位盤也被撤去，裝上了三連裝機槍座。另外，前桅樓測距儀塔頂端正式裝上了二一號對空電探，在較低的位置上裝設了二二號水面偵測電探，不過似乎是後來加裝的，不屬於此次改造範圍。此外，還有舵機的強化以及燃料槽的增設等改良。
戰爭後期
重新入役
日向號（1943）昭和十八年（1943）八月二十三日，伊勢號從吳海軍工廠出渠，在進行完測試後，回航至柱島，從九月十五日起接受海軍兵學校的候補生實務練習。由於艦載機部隊的生產與訓練一直沒有完成，伊勢號也無法這樣就上前線去作戰，沒有艦載機的伊勢號在前線就等於是拆去了兩座炮塔的戰艦，那么改造成航空戰艦的工作都是白費了。基於這樣的心態，伊勢號一直被留在後線進行訓練或運輸的工作。艦尾加裝的龐大機庫沒有戰機可以搭載，卻是個堆放貨物的好地方，昭和十八年（1943）十月，伊勢號在宇品裝上了陸軍部隊以及其裝備，充當運輸艦開往土魯克。在回航後，繼續留在吳港進行訓練，艦載機部隊遲遲無法編成，使得伊勢號完全無用武之地。
馬里亞那海戰
伊勢（1944）昭和十九年（1944）五月一日，伊勢號終於跟姊妹艦日向號一同編入了當時的主力航空艦隊第三艦隊，也就是小澤機動部隊，擔任其中第四航空戰隊的職務 ，與此同時，也決定編成海軍第634航空隊作為兩艦的搭載戰機部隊。第三艦隊中第一航空戰隊是由正規空母組成、第二航空戰隊是由改造的中型空母為主力、第三航空戰隊則是由三艘輕空母組成，第四航戰則是由兩艘航空戰艦為主力構成。但是，由於634航空隊的種種問題，包括艦爆彗星的結構補強，以及瑞雲水上爆擊機的開發等都有所延遲， 所以日本海軍並不打算在短期內讓伊勢號上前線，因此，伊勢號並沒有能趕得上參加六月中爆發的馬里亞那大海戰。
最後改裝
12厘米28連裝對空噴進炮在這段空閒的期間，伊勢號更進一步的強化了它的防空火力，在許多地方增設了25mm防空機銃，共增加了十二座25mm三連裝機槍以及十一挺25mm單裝機槍，使得25mm機槍的裝備量達到總計104門的數目。增加的機槍包括了第二、第三炮塔上增設的四座三連裝機槍、後部飛行甲板兩舷增設的八座三連裝機槍、以及飛行甲板上架設的十一挺單裝機槍等。其中單裝機槍是可移動式的，在戰機都起飛、淨空甲板後再予以架設。另外，在九月末雷伊泰灣海戰即將爆發前，伊勢號于飛行甲板最後部兩舷各架設了三座 、總共六座的12厘米28連裝對空噴進炮，也就是所謂的防空多管火箭發射器，在日本海軍還是唯一裝備這種兵器的戰列艦。
台灣空戰
作為第四航空隊旗艦的日向號遲遲未能建組的航空戰艦艦載機部隊634航空隊，終於在馬里亞那海戰後的昭和十九年（1944）六月二十三日成立，並開始進行彈射以及回收的訓練，其所轄之艦載機尚未到達滿數四十四架，有彗星八架、瑞雲十二架，不過，在八月間卻因為後勤問題以及戰機機體問題百出，而相繼暫時停止訓練的任務。到了九月底，634 航空隊里只有十一架彗星以及二十架的瑞雲能夠動作，分別於吳港以及岩國的航空基地實施訓練以及機體的整備，但是不久後卻因為美軍於十月十日急襲台灣而奉命從日本本土抽調至台灣迎擊美軍艦隊。好不容易稍具規模的634航空隊戰機，紛紛在台灣近海激烈的戰鬥中消耗殆盡。
對空戰鬥的伊勢號其中，在十月十四日的激戰中，634 航空隊所轄的彗星部隊中的九架損失一半以上，另外還有更多的戰機因為整備的問題仍停留在九州島或沖繩的基地里無法出擊。最後，當十月十七日日本海軍發動捷一號作戰時，634 航空隊中只剩下四架的彗星以及十二架的瑞雲，分別駐紮在台灣的台中基地以及淡水基地，由於捷一號作戰的發動，已經沒有時間能回到日本本土上艦搭載，結果，在捷一號海戰里，伊勢號以及日向號就只能帶著空空的機庫赴前線作戰，花費大量金錢時間改造的航空戰艦設施，到頭來一點用處都沒有，只平白削弱了主炮的威力。
雷伊泰灣海戰
日本伊勢級戰列艦昭和十九年（1944）十月中，美軍組織了前所未見的大艦隊，浩浩蕩蕩的往菲律賓殺來，日軍緊急拉響警報，發動了捷一號作戰。在捷一號作戰的編制里，航空戰艦伊勢號及其姊妹艦日向號仍隸屬第一機動艦隊第三艦隊下的第四航空艦隊，該航空艦隊以兩艘伊勢級航空戰艦組成，與由四艘大小航空母艦組成的第三航空艦隊同屬小澤治三郎將軍的領導下。在捷一號作戰計畫中，小澤艦隊的任務是由菲律賓東北方海域逼近戰場，以自身作為誘餌引誘敵軍航空母艦部隊北上，好讓暗藏於菲律賓西方的主力水面艦隊能一股作氣衝殺至萊特島殲滅登入敵軍，是史上難得一見的“誘餌艦隊”。
伊勢號和霜月號十月二十日下午六點，小澤部隊由本土豐後水道出擊，於二十四日到達預定的攻擊發動點，發動了僅有的五十幾架戰機攻擊美軍艦隊，期望能招致敵軍的大舉反擊。果然，十月十五日上午，美軍主力航空母艦部隊－海爾賽將軍所轄的第三艦隊發動了共一百八十架戰機的大規模的空中攻擊，直往小澤艦隊殺來，在經過激烈的戰鬥後，小澤艦隊中的四艘航空母艦全數沉沒，但是第四航空戰隊的兩艘伊勢級戰艦卻奇蹟式的得以生還，除了幾枚至近彈造成些許的損傷外，並沒有嚴重的傷害，這可能有兩點原因，第一，美軍以小澤艦隊中的四艘航空母艦為主要攻擊目標，第二，在最終階段的防空火力強化得到了良好的效果。
戰爭結束
南方運輸作戰
1945年3月19日的吳港伊勢號在雷伊泰灣海戰奇蹟式的生還後，與小澤殘存艦隊回到了吳港，由於受傷輕微，伊勢級兩艦於十一月八日從吳港出擊，冒著美軍空襲的危險，裝載著補給品運往馬尼拉，卻因為馬尼拉連日遭受美軍攻擊，而無法順利入港，於是移往新南群島（即南沙）下錨停泊，將補給品轉交運輸艦後前往新加坡的林加錨地停泊。捷一號海戰的失敗使得日本海軍已經名存實亡，菲律賓的陷落亦導致日本本土與南方資源地帶間的聯繫被切斷，因此，日本海軍急欲發動一次大規模的運輸作戰，趁著美軍完全控制菲律賓附近海域前進可能的把南方的資源搬回日本本土。
伊勢號（1944）由於伊勢級航空戰艦擁有寬敞的機庫空間以及強大的防空火力及防護力，自然是裝載大量油桶、物資的最佳“武裝運輸船”，因此，停泊於新加坡林加錨地的兩建於該地盡其所能的塞滿了物資油料，與其於幾艘軍艦於昭和二十年（1945）二月十一日拚死一搏，由新加坡出擊，冒著遭遇美軍空襲的危險北上回航，將最後一批運輸物資運回日本本土，此時美軍已經控制了菲律賓群島的大部分，也就是說伊勢號回航的路線將暴露在美軍的航空攻擊範圍內。不過，兩艦的艦運似乎極其強大，在萊特海戰中奇蹟式的生還後，在這場突破敵線的運輸作戰中又幸運未遭敵軍攻擊，除了途中於二月十三日曾遭受美軍潛艦的攻擊外，整隻艦隊都平安的在二十日回到吳港。
空襲坐沉吳港
被空襲的日向號昭和二十年（1945）三月，由於戰局已無法挽回，兩艘伊勢級所在的第四航空戰隊宣告解散，艦隻分別進入瀨戶內海停泊並實施偽裝，作為浮動防空炮台使用。此時的伊勢級戰艦上也將所架設的幾座25mm三連裝防空機槍拆卸下來供岸上使用，另外由美軍所偵照的照片指出，伊勢號也將其兩具巨大的彈射器拆除以便利中部主炮塔群的操作，對於此時的伊勢號來說，彈射器以及機庫等都已經沒有任何的意義了。三月十九日，美軍艦載機大肆攻擊吳港，伊勢號蒙受兩發命中彈的攻擊，日向號則遭受一發命中彈及多發靠近彈的損傷。
坐沉的伊勢號五月，伊勢號改泊於音戶瀨戶的倉橋島作為防空炮台使用。七月二十四日，美軍再度攻擊吳港，日向號身中十枚的命中彈以及好幾發靠近彈，終於大破沉底，伊勢號則是在二十四日與二十八日的攻擊中總共遭受十六枚的命中彈，上部結構遭受嚴重的傷害，最後也跟日向號一樣，歪歪斜斜的坐在吳港底的泥床上，露出高聳的艦橋，右半舷甲板上已經被海水浸漬，模樣悽慘。最後兩艦就以這樣的姿態迎接戰爭的結束，在到日本投降之前，兩艦上的 25mm三連裝機槍座多有被拆送往岸上使用。
基本數據
| 要目 | 1917年 | 1937年 | 1944年 |
| 排水量 | 標準：31,260噸 滿載：32,062噸 | 座準：36,000噸 滿載：40,183噸 | 座準：35,350噸 滿載：38,662噸 |
| 全長 | 208.18米 | 215.798米 | 219.62米 |
| 全幅 | 28.65米 | 31.699米 33.83米(水線下) | 31.71米 33.83米(水線下) |
| 吃水 | 8.74米 | 9.21米 | 9.03米 |
| 鍋爐 | ロ號艦本式混焼鍋爐24座 | ロ號艦本式鍋爐8座 | ← |
| 主機 | 布朗·柯蒂斯蒸氣渦輪引擎2座4軸 | 艦本式渦輪4座4軸 | ← |
| 軸馬力 | 45,000shp | 80,000shp | 80,825shp |
| 航速 | 23節 | 25.207節 | 25.31節 |
| 續航距離 | 9,680海里/14節 | 7,870海里/16節 | 9,500海里/16節 |
| 燃料 | 煤炭：4,000噸 重油：1,300噸 | 重油：5,313噸 | |
| 乗員 | 1,360名 | 1,571名 | 1,434名 （1943年改裝完成時） |
| 主炮 | 四一式35.6厘米連裝炮6座 | ← | 同4座 |
| 副炮 | 四一式14厘米單裝炮20門 | 同16門 | 無 |
| 高射炮 | 8厘米單裝4門 | 12.7厘米連裝4座 | 同8座 |
| 機炮 | 無 | 25毫米連裝10座 | 25毫米3連裝31座 同單裝11挺 |
| 魚雷 | 53厘米水中発射管6本 | 無 | ← |
| 其他裝備 | —— | —— | 12厘米30連裝噴進炮6座 |
| 電探 | —— | —— | 二號一型(対空用)1座 二號二型(対水上用)2座 |
| 裝甲 | 水線305毫米 甲板55+30毫米 主炮前盾305毫米 副炮廓152毫米 | 增加水平裝甲135毫米 | ← |
| 艦載機 | 無 | 3機 彈射器一部 | 22機 彈射器2部 |
| 要目 | 1917年 | 1937年 | 1944年 |
| 排水量 | 標準：29,980噸 滿載：31,260噸 | 標準：36,000噸 滿載：39,657噸 | 標準：35,200噸 滿載：38,500噸 |
| 全長 | 208.18米 | 215.8米 | 219.62米 |
| 全幅 | 28.65米 | 33.83米 | ← |
| 吃水 | 8.74米 | 9.21米 | 9.03米 |
| 鍋爐 | ロ號艦本式缶混焼24座 | ロ號艦本式8座 | ← |
| 主機 | 布朗·柯蒂斯蒸氣渦輪引擎2座4軸 | 艦本式渦輪4座4軸 | ← |
| 軸馬力 | 45,000shp | 80,000shp | ← |
| 航速 | 23節 | 24.5節 | ← |
| 續航距離 | 9,680海里/14節 | 7,870海里/16節 | 9,500海里/16節 |
| 燃料 | 煤炭：4,000噸 重油：1,300噸 | 重油：5,313噸 | ← |
| 乗員 | |||
| 主炮 | 四一式35.6厘米連裝炮6座 | ← | 同4座 |
| 副炮 | 50口徑三年式14厘米炮單裝20門 | 同16門 | 無 |
| 高射炮 | 8厘米單裝4門 | 12.7厘米連裝4座 | 同8座 |
| 機炮 | 無 | 25毫米連裝10座 （日後裝備） | 25毫米3連裝31座 同單裝11挺 |
| 魚雷 | 53厘米水中発射管6本 | 無 | ← |
| 其他裝備 | —— | —— | 21號電探1座 22號2座 12厘米30連裝噴進炮6座 |
| 裝甲 | 水線305毫米 甲板55+30毫米 主炮前盾305毫米 副炮廓152毫米 | 增加水平裝甲135毫米 | ← |
| 艦載機 | 無 | 3機 彈射器一部 | 22機 彈射器2部 |
人員編成
| 職務 | 人數 |
| 士官 | 49 |
| 特務士官 | 16 |
| 準士官 | 16 |
| 下士官 | 351 |
| 兵 | 947 |
| 合計 | 1351 |
| 職務 | 階級 | 人數 |
| 艦長 | 大佐 | 1 |
| 副長 | 中佐 | 1 |
| 航海長 | 中・少佐 | 1 |
| 炮術長 | 中・少佐 | 1 |
| 通信長兼分隊長 | 中・少佐 | 1 |
| 運用長兼分隊長 | 中・少佐 | 1 |
| 飛行長兼分隊長 | 少佐・大尉 | 1 |
| 副炮長兼分隊長 | 少佐、大尉 | 1 |
| 高射長兼分隊長 | 少佐、大尉 | 1 |
| 分隊長 | 少佐、大尉 | 9 |
| 乗組 | 兵科尉官 | 1 |
| 中・少尉 | 14 | |
| 機関長 | 機関中佐 | 1 |
| 工作長兼分隊長 | 機関少佐 | 1 |
| 分隊長 | 機関少佐・機関大尉 | 4 |
| 乗組 | 機関中・少尉 | 5 |
| 軍醫長兼分隊長 | 軍醫中・少佐 | 1 |
| 乗組 | 軍醫少佐・軍醫科尉官 | 2 |
| 主計長兼分隊長 | 主計中・少佐 | 1 |
| 乗組 | 主計科尉官 | 1 |
| 搭載乗組 | 特務中・少尉 | 8 |
| 整備科特務中・少尉 | 1 | |
| 機関特務中・少尉 | 3 | |
| 工作特務中・少尉 | 1 | |
| 看護特務中・少尉 | 1 | |
| 主計特務中・少尉 | 2 | |
| 基層乘組 | 兵曹長 | 10 |
| 飛行兵曹長 | 1 | |
| 機関兵曹長 | 4 | |
| 工作兵曹長 | 1 | |
| 兵曹 | 225 | |
| 飛行兵曹 | 5 | |
| 整備兵曹 | 6 | |
| 機関兵曹 | 84 | |
| 工作兵曹 | 18 | |
| 看護兵曹 | 3 | |
| 合計人數 | 10 | |
| 水兵 | 645 | |
| 整備兵 | 14 | |
| 機関兵 | 220 | |
| 工作兵 | 28 | |
| 看護兵 | 7 | |
| 合計人數 | 35 |
