406艇服役后一直到1995年都保留着当时中国潜艇标准的水线上浅蓝色涂装，同年该艇回到船厂进行了长达6年的大规模现代化改造和维修延寿，准备为1994年刚刚列入国家专项的094型做前期技术验证。2001年，重新服役的406艇以全新的黑色涂装亮相。
这次改装实现了当初讨论的092型后续艇的设想，更换了反应堆控制和保护测量系统，改善了整体安全性和静音性，另外改装了新一代惯性导航设备。外观上406艇的声呐和潜望镜等探测设备也有改进，还应用了消声瓦等降噪技术，而其“龟背”的改进更加明显。
作为艇体非耐压壳体部分，“龟背”在水下时有大量的水涌入。为了满足这部分水在上浮下潜过程中的快速进出，和苏联667系列相似，406艇在“龟背”侧面开设有多排流水孔。在这次改装中流水孔由4排减少到2排，并采用了扁平条格栅结构以降低流体阻力和噪音。当然说到“龟背”内部的最重要的改进还是更换了巨浪-1A。相比巨浪-1，该弹采用了“巨浪上岸”的产物东风-21的改进型东风-21甲的复合推进剂和玻璃钢发动机壳体等多项技术，成就了“东风下海”的佳话。导弹的射程从基本型的1700km延长到3000km以上。
