1915年扶桑號初期型海試
在山城號砲塔增設跑道上起飛的飛機，攝於山城號第一次大改裝後
扶桑號最終艦島結構
因為屬於第一次世界大戰前設計的構型，並未在設計初納入戰爭經驗，扶桑級服役的生涯中自服役後的1910年代起便多次改裝；主要的大改裝工程則有兩次。
最初改裝工程始於1916-1917年，裝設主炮射擊使用的方位盤，1918年在艦橋、第二煙囪左右側各設置一門高射炮（共4門）；1922年山城號的B砲塔裝上了飛機跑道，用來實驗陸地用飛機如何在戰艦上起飛。
第一次大改裝
因為戰爭經驗，扶桑級在服役初期一直在改裝修正，直到1923年第一次大改裝，為該級艦首次有計畫性的全盤改良；第一次改良主要為應付遠距離砲戰適應性實施，主炮最高仰角提升到30度、增厚主炮頂蓋裝甲、艦橋加裝基線長8公尺光學測距儀、艦橋擴建，增設射擊指揮所、主炮觀測所、高射指揮所等部門、羅經艦橋改為密閉化等。增建後的艦橋為了避免煙囪廢氣影響而造得非常高聳，但也被嘲笑是違章建築。但只要風向不對第一煙囪的廢氣仍然會灌入艦橋內，讓操作人員相當詬病；雖然艦政本部設計了匙狀煙囪避免廢氣灌入，但沒甚麼效果。
1933年4月在吳港船塢的扶桑號，大改裝工程已接近完工
第二次大改裝
扶桑級的第二次改裝分別在1930-1933（扶桑號）、1933-1935（山城號），該次改造同樣也是自動力、防護、火力等全盤更新；不過因為華盛頓海軍條約限制，第二次大改裝實際上仍有分段實施，並非一次完成，但仍並括為單次改良。在這次大改造後，同級兩艦開始有明顯區別，差異最大的部分為艦橋構型與第三主炮炮塔設置方向。
由於第一煙囪的排煙問題始終未有確切解決方案，加上被主砲空間箝制可用空間狹窄，第二次改裝索性把整個前動力艙（1號、2號鍋爐艙）撤除，空出的艙間下部2／3容積作為重油燃料槽、上部1／3作為士官寢室用[27]；改裝後的動力機組，鍋爐更換為艦政本部式重油水管鍋爐、集中置於後鍋爐艙，每部鍋爐採獨立艙間配置提升生存力，攜帶燃料也變成5,100長噸重油，輪機組更換4部艦政本部式全減速齒輪型蒸氣渦輪機，出力輸出達75,000匹軸馬力[25]。發電機組運用的是蒸氣渦輪發電機，發電機設置在Q砲塔後、主機械室前的水線下艙間區域[27]。改良後的輪機組，仍受限較差的艦體設計所增加的阻力問題未能完全解決，扶桑號的海試表現即便達成輸出76,889匹軸馬力的表現，極速仍然只有24.7節[16]，未能達成25節的計畫極速；不過就操艦者的經驗，航速「足以和伊勢級共同編隊作戰」[28]，且續航力在16節航速下可航行11800海浬[25]。
武裝方面，與金剛級近代化工程相同，扶桑級主炮接受了增加仰角更新工程，最高仰角由30度增加到43度、副炮由15度增加到30度，此外主炮的後座裝置更換為液氣壓設計，提高主炮射速[18]；但是，A、B砲塔開火時會火炮爆焰會干擾觀測設備的問題仍舊沒有解決。原本裝設的4挺76公厘高射炮也全拆除，預留炮位全更換為當時最新穎的雙連裝八九式127公厘高射炮，該炮為了抵禦主炮暴風增設炮盾保護操作人員。但是小口徑防空武器在1930年代改裝時尚未重視，因此扶桑號只裝有少量的13公厘機炮，較晚進行現代化工程的山城號開始裝備雙連裝25公厘機炮；兩艦的防空機炮到1943年起才大量增設。
在1930年代時，戰艦炮擊射程開始達到地平線視距極限，因此扶桑級也加裝了水上飛機提供更精準的遠程彈著觀測；先實施改良的扶桑號將水上飛機彈射機裝在3號砲塔上，但是發現操作空間與動線會被干擾，因此修改了第3主砲位置，讓原本朝艦艉方向的主炮反轉180度朝艦艏位置，這樣飛機組員就可以自煙囪旁的支架結構登上主砲塔頂登機。不過這個改裝到後來發現不實用，因此山城號改裝時放棄了這個點子，把水上飛機發射器與折疊式起重機設計在艦艉。扶桑號後來再度實施與山城號相同的改裝工程，但沒有再把砲塔方向「歸位」，這樣子的變動也造成扶桑號的艦橋基部空間不足難以設置作戰司令室，成為唯一一艘沒擔任過聯合艦隊旗艦的戰艦。改裝後的扶桑號主砲配置是呈對稱，3門向前、3門向後；山城號仍是2門向前、4門向後的設計。為了修正艦體阻力問題，扶桑級的艦艏、艦艉各延長了4公尺。
改裝後的扶桑級，無論極速或續航力都有十足改善，不過新問題也隨之而來；由於大改裝增加了不少重量，導致乾舷高度下降、剩餘浮力減少，讓扶桑級耐海性變得更差。
而且，裝甲雖然略為強化防禦力，但日軍評估改裝後的扶桑級裝甲，頂多承擔金剛級14英吋主炮搭配舊型的三年式披帽穿甲彈在20-25公里的貫穿力；增加的水下防禦隔艙可抵擋約200-250公斤魚雷彈頭的攻擊。但是這些防護評估基本上面對美軍戰艦的16英吋艦炮根本有如紙糊，即便是14英吋艦炮，美軍也開發了彈頭重1500磅、以遠程砲擊大仰角貫穿為設計導向的Mark 16重型穿甲彈。該艦彈藥庫等要害區域仍然防禦不了250公斤炸彈級以上的俯衝轟炸破壞力，當然更防不了更新式的大仰角重磅穿甲彈[29]。
1938年，兩艘扶桑級艦橋頂端設置的8公尺光學測距儀更換為與伊勢級戰艦相同標準之10公尺光學測距儀，改善遠程炮擊精準度。
沒有實施的改造計畫
目前日軍留存的紀錄，扶桑級服役期間曾規劃兩項大改造草案，但最後均沒實施。
第一次大改造前，艦政本部第四部部長平賀讓提出草案，目前留存的平賀文書手稿中提到在1922年他曾有想讓扶桑號在該次改良案中將主砲佈局完全大改造。平賀讓提出將扶桑級的主炮更換為長門級的41公分炮，配置為前方A、B砲塔採雙連裝，廢除艦體中段與後段的P、Y砲塔，Q、X砲塔換裝為三連裝41公分砲[30]；同時更改動力艙配置及增設專燒重油鍋爐，拆除前部煙囪並將後部煙囪移動到原本P砲塔的位置。然而該方案改造難度太大最後未通過。
第二次沒有實施的改造，是在日本1942年中途島海戰戰敗後。因為日本海軍機動航空兵力折損太大，所以海軍評估所有大型軍艦的改造適性，希望盡快補充戰力，當時評估的列表有：
巡洋艦青葉級、川內級：寬度太窄，沒有改裝價值
巡洋艦最上級、利根級：飛行甲板長195公尺、寬23.5公尺，可搭載機數30架，改裝工程耗時估計9個月
巡洋艦妙高級、鳥海級：飛行甲板長200公尺、寬23.5公尺，可搭載機數30架，改裝工程耗時估計9個月
戰列巡洋艦金剛級、戰艦長門級：飛行甲板長220公尺、寬34公尺，可搭載機數54架，改裝工程耗時估計1.5年
戰艦伊勢級、扶桑級：飛行甲板長210公尺、寬34公尺，可搭載機數54架，改裝工程耗時估計1.5年
進一步分析後，日本海軍認為金剛級設計要修改的地方太多，改裝不切實際。因此就決定由第5砲塔爆炸的日向號開始進行改裝工程，改裝也不是最初評估的全通式飛行甲板，只有部分區域飛行甲板化。而扶桑級原本計畫在伊勢級工程結束後接受相同改裝；但是計畫在昭和18年（1943年）6月取消。因為日本海軍發現他們低估了改造難度，原本計畫在6個月完成的日向級改造最後仍然拖到9個月才告一段落；而比起伊勢級又更多地方要改的扶桑級難以指望可屆期完工，最後扶桑級仍然以正規戰艦的狀態應戰。