大改装的要目是,速度的增加,一艘只有22.5节速度的战舰是没办法赶上时代的,为了增加速度,舰体延长了约十公尺,并且换装了新的机关部和燃烧罐,并增加了主炮,副炮的最大仰角,防御装甲的增加,加装了水上机的弹射器.本舰的水上飞机弹射器,并不像姊妹舰扶桑号一样架设在第三炮塔之上,因为延长了舰体,所以可以布置在舰尾.此外,本舰的第三炮塔并不像扶桑号一样改成炮口朝前.本舰由于改造工事的进行和姊妹舰扶桑号没有同期,所以舰桥的构造有所不同,大致来讲,两舰的舰桥都十分高耸,这是日本战舰的一大特色,但是山城号的“头”看起来比较大罢了.在这个改造工事完成后,山城号变成一艘排水量为三万四千五百吨的大战舰，速度也由22.5节增加到了24.5节，当改造工程完毕后，山城号编入联合舰队,成为联合舰队的旗舰,挂上了高桥三吉司令长官的将旗。

山城号的改装花了将近五年的时间，原因是时为著名的世界经济大恐慌时期，使得国内不景气，财政也不得不紧缩，军备的建造自然大受影响，何况是战舰的改装工事。而且加上战乱的影响，满洲事变(918)，上海事变，都需要花费庞大的军费，所以,山城号的改装工事竟然花了近五年。

山城号战列舰服役之后，加入日本海军战列舰第一战队。1927年，山城号进行了第一次的现代化改装工程，完工之后，曾支援了多次的中国侵略作战：如澎湖、秦皇岛、舟山群岛、青岛、旅顺、大连及高雄港均曾出现她的踪迹。1935年第二次改造工程完工，山城号与扶桑号开始有明显的差异（如第三号主炮山城朝后，扶桑则相反）。1938年一度被编入后备舰队，负责官兵训练方面的任务。

山城号战列舰参考数据：

在太平洋战争期间，山城号和扶桑号由于航速过慢，无法到第一线参与作战，只曾于1942年6月随第一舰队出征中途岛战役，在中途岛大惨败后,停泊在及后在濑户内海千叶县木津更冲当作战机的袭击练习的目标舰,和炮术练习生的训练舰.曾经风光一时的超弩级战舰在飞行机至上的时代也只能担任目标舰的任务。

1944年10月莱特湾海战中，扶桑号、山城号被编入西村舰队。10月25日凌晨，在执行“捷一号作战”时，西村舰队穿过苏里高海峡，迎面遭遇美军舰队，扶桑号、山城号先后受鱼雷攻击，分别于1944年10月25日3时38分至3时50分（估计，因全舰无幸存者而无精确数据）被击中，并于4时19分沉没。

二战初期，由于日本海军燃油储备紧张，均在柱岛泊地“待机”。后曾经作为舰载机空袭的练习靶舰使用。中途岛之役时，山城号曾参与北上支援阿留申群岛的攻击任务，之后到1944年9月以前，她成了日本海军各兵科学校的教育训练舰，期间曾入坞加强防空火力，防空机枪多得惊人。战争中期，由于日本海军航母损失惨重，曾经计划将这两艘战列舰同伊势级一样改装成“航空战列舰”，但最后未果。1944年莱特湾大海战时，扶桑号和山城号均加入西村舰队，预备于10月25日通过苏里高海峡，对美军在莱特湾的登陆舰队实施炮火打击。25日凌晨，在苏里高海峡遭到美国海军第七舰队的宾夕法尼亚、马里兰、加利福尼亚、田纳西、西弗吉尼亚和密西西比共六艘战列舰的伏击，以及驱逐舰、鱼雷艇的鱼雷攻击，扶桑号被美军驱逐舰发射的鱼雷击中后发生爆炸舰体断裂沉没，山城号与美军战列舰发生炮战（海军史上最后一次战列舰之间炮战）又被鱼雷击中倾覆沉没。

太平洋战争爆发以后，山城号多半担任支援作战的任务，很少投入第一线作战。最主要的理由是扶桑级战舰在二次大战爆发后，已属于老旧的舰艇，航速太慢，加上新一代的超弩级战舰——大和级战舰大和号已服役（武藏号正在兴建、信浓号将准备开工，最后一艘正在筹备中），扶桑级战舰很少投入第一线作战，几乎已从超弩级战舰的地位中除名。1945年8月31日，山城号战列舰从日本海军序列中除名。

中岛资朋 大佐：1917年3月31日 -

加藤雄次郎 大佐：1917年12月1日 -

大内田盛繁 大佐：1919年11月20日 -

増田幸一 大佐：1920年11月20日 -

小山武 大佐：1921年11月20日 -

高桥节雄 大佐：1922年7月1日 -

鸟崎保三 大佐：1922年11月10日 -

高桥律人 大佐：1923年12月1日 -

大凑直太郎 大佐：1924年12月1日 -

伊地知清弘 大佐：1925年12月1日 -

（兼）益子六弥 大佐：1926年12月1日 -

寺岛健 大佐：1927年3月1日 -

东林岩次郎 大佐：1927年12月1日 -

丰田贞次郎 大佐：1928年12月10日 -

（兼）岩村兼言 大佐：1929年10月5日 -

小槙和辅 大佐：1929年11月30日 -

寺本武治 大佐：1930年12月1日 -

真崎胜次 大佐：1931年12月1日 -

糟谷宗一 大佐：1932年12月1日 -

小岛谦太郎 大佐：1933年11月15日 -

南云忠一 大佐：1934年11月15日 -

大熊政吉 大佐：1935年11月15日 -

小林仁 大佐：1936年12月1日 -

阿部嘉辅 大佐：1937年10月20日 -

角田觉治 大佐：1938年11月15日 -

（兼）五藤存知 大佐：1939年9月15日 -

五藤存知 大佐：1939年11月1日 -

原鼎三 大佐：1939年11月15日 -

绪方真记 大佐：1940年10月15日 -

小畑长左卫门 大佐：1941年5月24日 -

大和田昇 大佐：1942年9月1日 -

早川干夫 大佐：1943年3月1日 -

久宗米次郎 大佐：1943年8月2日 -

田原吉兴 大佐：1943年12月25日 - 1944年5月5日战死

篠田胜清 少将：1944年5月6日 - 10月25日战死