Проектом предусматривалось вооружить каждую из лодок четырьмя 300 фунтовыми 229-мм стальными нарезными орудиями — по два в башне. Однако их производство своевременно не наладили, поэтому летом 1867 г. оба корабля решили вооружить четырьмя 381-мм чугунными гладкоствольными пушками производства Олонецкого завода. В соответствии с этим амбразуры башен расширили до 760 мм (высота 990 мм). Фактически же в кампанию 1869 г. каждую лодку вооружили двумя 229-мм стальными нарезными орудиями образца 1867 г., располагавшимися в носовой башне, и двумя 381-мм- в кормовой. К 1871 г. на "Русалке", а несколько позднее и на "Чародейке", гладкоствольные орудия заменили нарезными.
Боезапас хранился в двух крюйт-камерах и двух бомбовых погребах — по 75 снарядов и зарядов на каждый ствол. При максимальном угле возвышения орудий 7° дальность стрельбы достигала 1 5 кабельтовых.
В 70-х годах лодки снабдили противоминной артиллерией, количество и система которой многократно менялись: на крышах башен устанавливались 87-мм, на мостике и верхней палубе — скорострельные 42-мм пушки Энгстрема, 37-мм пятиствольные Готчкисса, 25-мм Пальмкранца.
Три железные мачты несли парусное вооружение, аналогичное лодке "Смерч". Два якоря имели массу по 1,52 т, один -1,36. Постройка каждой лодки обошлась казне в 762000 рублей; нормальное водоизмещение достигло примерно 2100 т при средней осадке 3,7 м.
В 1869 г. оба корабля вошли в состав броненосной эскадры Балтийского моря. В июне "Русалка" наскочила на подводные камни в Финском заливе и получила повреждения обшивки носовой части корпуса на протяжении 8,5 м (11-25-й шпангоуты) и 2.7 м ниже ватерлинии. Вода затопила междудонное пространство и начала поступать в отсеки выше второго дна. Для временной заделки пробоины лодку пришлось посадить на мель. Эта сама по себе незначительная авария выявила "пробел" в обеспечении непотопляемости, побудив служившего тогда на "Русалке" мичмана С.О. Макарова заняться столь важной проблемой. Как известно, результатом работы будущего прославленного адмирала явился ряд предложений по совершенствованию водоотливной системы, управлению креном и дифферентом, снабжению кораблей пластырями и т. д.
Все это было изложено в первом его печатном труде по непотопляемости корабля — "Броненосная лодка "Русалка". Степан Осипович положил начало научной разработке принципов обеспечения непотопляемости.
Первые плавания выявили много конструктивных недостатков башенных лодок; важнейшие из них — малая высота надводного борта и плохие маневренные качества. При волнении всего 1–2 балла и небольшой скорости вода заливала верхнюю палубу, проникая внутрь корпуса сквозь зазоры между палубой и башнями и другие отверстия. Учитывая, что продольные оси 229-мм орудий возвышались над уровнем моря всего на 1,28 м, а вода из нижней палубы могла проникнуть в крюйт-камеры и бомбовые погреба, боевое использование лодок даже при слабом волнении представлялось весьма проблематичным. Кроме того, во время стрельбы на острых курсовых углах повреждались ограждения люков на верхней палубе.