第二次改裝把整個前動力艙（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[11]；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。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[11]。改良後的輪機組，仍受限較差的艦體設計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，未能達成25節的計畫極速。
武裝方面，扶桑號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；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。
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彈射器提供更精準的遠程彈著觀測；扶桑號實驗性的將彈射器裝在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主砲方位，讓原本朝艦艉方向的主炮反轉180度朝艦艏，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。之後雖然水上飛機發射器與折疊式起重機改設置在艦艉，但沒有再把砲塔方向回復，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，成為在唯一一艘沒擔任過聯合艦隊旗艦的扶桑級。
本次改裝也強化裝甲防禦力，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，彈藥庫並增裝縱向的50公釐厚裝甲。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[12]。