二戰爆發後大日本帝國海軍在航空潛艦應用的更加廣泛，伊九型潛艦（巡潜甲型）、伊號第十二潛艦（巡潜甲型改1）、伊一五型潛艦（巡潜乙型）、伊四〇型潛艦（巡潜乙型改1）與伊五四型潛艦（巡潜乙型改2）皆可以攜帶一架零式小型水上偵查機做偵查，與先前的伊5到伊8不同的是，飛機庫與彈射器由後甲板改到前甲板。
其中伊一五型是建造最多也最有戰績的一級，擁有很高的航速與續航力，共建造20艘（伊15、伊17、伊19、伊21、伊23、伊25、伊26、伊27、伊28、伊29、伊30、伊31、伊32、伊33、伊34、伊35、伊36、伊37、伊38與伊39），其中伊25還曾成功使用飛機投擲燃燒彈轟炸美國本土[8]。
除了用於偵查，日本在航空潛艦應用最令人嘆為觀止的就是開發出以對地攻擊為主要目標的伊四百型潛艦（潜特）。
伊四百型全長122公尺，全寬12公尺，水中排水量達6,560噸，自恃力預計達120天，理論上可繞地球一圈半，在21世紀前是最大的柴電動力潛艦。
伊四百型能搭載3架晴嵐攻擊機，晴嵐是1943年研發完成的潛艦搭載用水上艦載攻擊機，可掛載一枚800公斤的魚雷或炸彈，最大航程達1,540公里，機翼可翻折與機身貼合，浮筒可拆解另外存放。
晴嵐平時可收納於指揮塔內的隧道式飛機庫，機庫艙口設於指揮塔前部並有一具彈射器（四式1號10型）固定於艦首甲板上，起飛準備作業預計最快僅需3分鐘，艦內裝配溫度足夠隨時可讓晴嵐使用的燃料槽。
伊四百型雖內建簡易起重機但回收作業耗時不易，雖然測試演習或許可狀況晴嵐可以返回母艦內，但主要是計畫機員降落在水面待由母艦或其他艦艇接送後將機身鑿沉（浮筒亦可在飛行中拋棄以強化性能），如果附近有回收水上飛機功能的艦艇或水上飛機場亦可改由他們進行回收。
據信促成研發伊四百型的是聯合艦隊司令山本五十六，原計畫是打造18艘，利用大量潛艦艦隊攜帶54架晴嵐近乎正規航艦的戰力攻擊巴拿馬運河以斷絕盟軍運輸捷徑，但在一號艦伊號第四百潛艦完工下水了時日本的戰力與經濟已每下愈況，山本也已遭伏擊陣亡，使原先的計畫已無意義，最後只完工伊號第四百一潛艦與伊號第四百二潛艦，建造中的伊403、伊404與伊405受各原因影響而停止建造並解體，伊406到伊417的建造計畫也直接取消，最後只有三艘伊四百型服役。
由於伊四百型沒能完成計畫的數量，因此使用原本的伊九型為基礎開發出伊十三型潛艦（巡潜甲型改2），伊十三型一樣設有起重機、機庫與彈射器，但只能運載兩架晴嵐，並對應重量增設防雷鼓包，與原本的伊九型比續航力增加但速度與隱蔽性都降低。
該級本計畫打造4艘，但最後只完成伊號第十三潛艦與伊號第十四潛艦兩艘，剩餘的伊15與伊1都沒完成戰爭就結束了。儘管如此，日本仍在戰終前建造完成共47艘各型航空潛艦。
伊13在1945年執行晴嵐運送任務時失蹤，後來美軍記錄得知7月16日已被擊沉，伊14在運送兩架彩雲艦上偵察機達楚克群島後日本宣布投降，隨後被美軍接收研究，1946年5月28日在夏威夷近海自沉。
1945年7月23日伊400與伊401載滿晴嵐前往波納佩州計畫攻擊烏利西環礁執行首場任務途中日本宣布投降，兩艦艦長下令拋棄所有魚雷與艦載機後艦隊被美軍發現接收，同年10月返回佐世保，1946年1月兩艦被美軍帶回美國本土作技術調查，最後在夏威夷近海做靶艦擊沉，伊402則在港內因空襲受損，維修中迎接終戰，1946年4月1日在東海被美軍做靶艦擊沉。
伊十三型與伊四百型未成功締造戰績，但一些專家分析依當時的軍事技術此設計也許能做出有效的戰略打擊，也是開發最成熟被最多人公認的航空潛艦。
雖然伊四百型已全遭擊沉，日軍當時的資料也盡乎銷毀，其機密技術已失盡，卻成功給世人帶來以潛艦執行攻擊地面的概念，間接促成彈道飛彈潛艦開發。
創作內容
『Mustard』航空潛艦，為時已晚的獨創武器「推薦知識通」
【心得與概念】 (24)
