Năm 1950, con tàu được lựa chọn trở thành tàu nghiên cứu Nam Cực chuyên dụng đầu tiên của Nhật Bản. Nó được tái trang bị hoàn toàn với sự hỗ trợ của những kĩ sư từng thiết kế chiến hạmYamato. Những sửa đổi bao gồm thay thế động cơ hơi nước của nó bằng động cơ diesel tua-bin kép và lắp đặt sàn đáp trực thăng với khả năng chứa được trực thăng hạng nhẹ. Vào ngày 8 tháng 11 năm 1956, Sōya khởi hành tới Nam Cực cùng 53 thành viên thủy thủ đoàn Nhật Bản và 22 chú chó kéo xe. Sau khi đến Nam Cực, nhóm nghiên cứu Nhật Bản quyết định thiết lập căn cứ của họ trên đảo Đông Ongul. Các thành viên trong nhóm dành vài tuần tới để xây dựng Trạm nghiên cứu Showa, nhưng một trận bão tuyết lớn buộc cả đội phải ở lại Sōya trong nhiều ngày và phá hủy trạm nghiên cứu đang xây dựng dở. Ngoài ra, những tảng băng vỡ ra đã mang theo một số nguồn cung cấp nhiên liệu và thực phẩm cho đội mùa đông. Trạm Showa cuối cùng cũng được hoàn thành và tàu Sōya lên đường trở về Nhật Bản, để lại một đội gồm 11 nhà khoa học Nhật Bản và 19 chú chó Sakhalin để trú đông ở Nam Cực trong một năm. Trong thời gian ở lại Nhật Bản, một đợt tái trang bị bổ sung thêm một sàn trực thăng thứ hai, lớn hơn tại boong tàu phía trước. Chuyến đi thứ hai của nó vào năm 1958 nhằm giải cứu các nhân viên và những chú chó đang đóng tại trạm do mùa đông đang cận kề. Tuy vậy do điều kiện thời tiết khắc nghiệt đã khiến các bộ phận trên tàu bị hư hỏng nặng cùng với việc thiếu nhiên liệu. Do điều kiện thời tiết ngày càng tồi tệ khiến nó bị kẹt lại giữa lớp băng dày, con tàu không thể tự rời đi bằng động năng của nó mà phải nhờ tới sự hỗ trợ từ tàu phá băng USS Burton Island (AG-88) của Mỹ để phá vỡ lớp băng. 24 chú chó Sakhalin đã bị bỏ lại trạm Showa tới mùa xuân năm 1959, khi con tàu quay trở lại và tìm thấy hai chú chó vẫn còn sống là Taro và Jiro, tên của chúng đã trở thành khẩu hiệu ở Nhật Bản để rèn luyện sức mạnh. Câu chuyện này được truyền đi khắp thế giới một phần nhờ vào hai bộ phim: Nankyoku Monogatari (chiếu "Câu chuyện Nam Cực"; phát hành ở Hoa Kỳ với tên gọi Nam Cực) và một bộ phim khác của đài TBS sản xuất năm 2011 là Nankyoku Tairiku (phát hành tại Việt Nam với tên Châu Nam Cực)