Hầu như không có thay đổi lớn nào cho hai chiếc thuộc lớp Colorado đang hoạt động vào những tháng đầu tiên sau khi Mỹ tham gia chiến tranh; tất cả các thiết giáp hạm Mỹ thuộc hạm đội Thái Bình Dương phải liên tục thường trực chiến đấu hoặc sẵn sàng lên đường trong vòng 48 giờ trong trường hợp Nhật Bản dự định tấn công Hawaii hay bờ Tây Hoa Kỳ, nên không thể dành thời gian lâu trong ụ tàu. Colorado hối hả tận dụng thời gian còn lại trong ụ tàu trang bị những thiết bị rất cần thiết như radar, bảo vệ chống mảnh pháo, 14 pháo phòng không Oerlikon 20 mm và bốn súng phòng không hạng nhẹ 28 mm (1,1 inch); Maryland được nâng cấp tương tự sau đó, chỉ khác biệt với 16 khẩu 20 mm và không có khẩu 28 mm (1,1 inch) nào. Cho dù các cột ăn-ten dạng trụ được đặt chế tạo cho Colorado và Maryland, và phần lớn cột buồm dạng lồng đã được thủy thủ đoàn tháo dỡ vào đầu năm 1942, các con tàu đã không thể dành thời gian cần thiết để trang bị chúng; cột ăn-ten dạng cột mới được chứa trong kho và chỉ được sử dụng vào đầu năm 1944.[17]

Colorado và Maryland được cần đến trong vùng chiến sự, nên không thể được hiện đại hóa đáng kể cho đến năm 1944; cho dù có những bổ sung và thay thế nhỏ, chủ yếu là vũ khí phòng không, được thực hiện trong giai đoạn đó. Trong suốt cuộc chiến, cả hai con tàu có cấu hình hỏa lực phòng không thay đổi liên tục. Bắt đầu từ năm 1942, chúng mang tám khẩu 127 mm (5 inch)/25 caliber, bốn khẩu đội 28 mm (1,1 inch) bốn nòng, một số lượng lớn nhưng khác biệt pháo Oerlikon 20 mm và tám súng máy 0,50 caliber. Vào tháng 6 năm 1942, Colorado có 14 khẩu 20 mm; chỉ năm tháng sau, chúng được nâng lên 32, rồi sau đó là 36 khẩu. Đến tháng 2 năm 1943, cả Colorado và Maryland đều có thêm hai khẩu đội 28 mm (1,1 inch) bốn nòng (tổng cộng là 6) và 48 khẩu 20 mm; một tháng sau chúng được tăng cường thêm mười súng máy 0,50 caliber. Sang tháng 11 năm 1943, chúng được tháo dỡ hai trong số pháo 127 mm (5 inch)/51 caliber chống tàu, sáu khẩu 28 mm (1,1 inch) bốn nòng, một số nhỏ pháo 20 mm (sáu trên Colorado và tám trên Maryland; để thay bằng 32 khẩu Bofors 40 mm (sáu khẩu bốn nòng và hai khẩu hai nòng).[18]

Cuối cùng cả hai chiếc được tái trang bị đáng kể vào năm 1944. Lần này phần cột buồm dạng lồng còn lại được tháo dỡ toàn bộ thay thế bằng cột ăn-ten dạng cột; hai khẩu đội 40 mm nòng đôi được thay thế bởi bốn nòng, và một bộ radar mới. Cho dù được Đô đốc Ernest J. King đề nghị cải tạo rộng rãi hơn với tám khẩu 127 mm (5 inch)/ 38 caliber nòng đôi, thiết bị điều khiển hỏa lực tiên tiến hơn và một lớp giáp bảo vệ sàn tàu thứ hai; Văn phòng Tàu chiến, sau khi lập kiểu mẫu những gì cần tháo dỡ để bù trừ cho tải trọng bổ sung theo ý tưởng của King, đã phản biện rằng một sự cải tạo nhỏ hơn, giống như từng làm cho lớp New Mexico, sẽ phù hợp hơn. Tuy nhiên, không có động tác nào được thực hiện cho đến khi Maryland bị một máy bay kamikaze đánh trúng. Trong khi được sửa chữa, tám khẩu 127 mm (5 inch)/ 38 caliber nòng đôi được bổ sung, nhưng không có gì khác nữa; cầu tàu chỉ huy được tháo dỡ thay thế bằng một cấu trúc mới làm từ thép tấm 22,7 kg (50 lb) tôi đặc biệt (STS) để cân bằng lại trọng lượng tăng thêm của các khẩu pháo 127 mm (5 inch) mới bổ sung.[19]