中途岛海战后，为了弥补航空母舰的不足，伊势号于1942年12月被改装为航空战舰。在舰尾部增设了航空甲板和飞机库。飞行甲板长70米，前部宽29米，后部宽13米，甲板上设有移动飞机用的3条轨道和12个转向盘，舰载机计划使用高速远航程的十三式舰上轰炸机，也就是彗星式俯冲轰炸机，为了适应本舰的搭载以及能运用于弹射器，专门将原型的起落架作了改进，定型为彗星22型(D4Y1改)。而实际采用过的是改装金星62型(1560hp)空冷引擎的慧星33型(D4Y3)。平时在弹射机上有两架飞机待命，飞行甲板上再通过系留装置停驻11架飞机，这13架全部起飞以后，再从机库里用搬运车将飞机运到升降机提上甲板，被提上甲板的飞机首先被送到艉部，再由后方的转向盘运到两舷的轨道，通过中央轨道的飞机可以通过前部的转向盘移动到Y字型的分歧轨道，最后分运到两舷的弹射器。这种弹射器每隔30秒就能射出一架飞机。为了将飞机运上军舰，在左舷后部设置了一台4吨起重机。

机库长40米，前部宽20米，后部宽11米，高6米。为了使机库工程简易化，机库侧壁不施装甲而使用普通造船钢板，采用全焊接来建成。机库内设有轨道，前部两舷可以各容纳飞机4架，后部的中央再1架，共计可以容纳9架飞机。本舰无法使用一般航空母舰采用的电动升降机，而只能使用比较小型的水压升降机，升降机长12.1米，前部宽12.1米，后部宽6.6米，呈倒凸字型，在机库里搭载上飞机运到甲板仅需要20秒钟。

1944年10月莱特湾大海战中，两艘未携带一架飞机的伊势级战舰加入小泽治三郎中将的航空母舰编队，充当诱饵。在美机的猛烈攻击下，其余四艘航空母舰全部被击沉，伊势级航空战舰到底装甲厚实，虽然给炸得千疮百孔，却支撑到逃离战场。不过逃得了初一，逃不过十五，1945年7月还是被美军炸沉在吴县军港，1947年解体。