Однако простым воспроизведением «Дельфина» в серии отечественные конструкторы решили не ограничиваться. В подготовленном к концу 1900 года новом проекте подводных лодок, предназначенных сразу для трех основных морских театров, на которых действовал русский флот, был сделан ряд значительных усовершенствований в сравнении с прототипом.
Прежде всего, новые лодки подросли в размерах — их подводное водоизмещение составило 175 тонн — и получили увеличенную рубку с командным мостиком, возвышающимся над палубой. Энергетическая установка стала двухвальной, сообразно удвоилось и количество бензиновых двигателей, планируемых к установке (не мудрствуя лукаво, решили применить моторы уже опробованного на «Дельфине» образца). Скорость при этом ожидалась не менее 11 узлов на поверхности, что позволяло уже не только ожидать цели на заранее определенной позиции, но и вести преследование не слишком быстроходной добычи. Вооружение также было усилено до четырех наружных решетчатых минных аппаратов Джевецкого с 15-дюймовыми минами Уайтхеда.
Проект после устранения некоторых замечаний был одобрен МТК в феврале 1901 года, а в апреле на Балтийском заводе началась постройка первых трех лодок из запланированных шести — головной «Касатки», «Каймана» и «Крокодила». Полученный «балтийцами» опыт в строительстве «Дельфина» позволил вести работы весьма споро — за исключением запаздывавших с выделкой в требуемом количестве бензиновых моторов, изготовить которые взялся завод Лесснера, лодки были закончены постройкой уже к ноябрю того же года, освободив места на стапелях для трех завершающих серию кораблей — «Карпа», «Карася» и «Камбалы».
Из-за задержек с поставками двигателей в 1901 году официально успели принять в состав флота только головную «Касатку». Оставшиеся пять лодок вводились в строй с апреля по ноябрь 1902 года.
Новые подводные лодки в целом подтвердили, а кое в чем даже превзошли характеристики, заложенные их создателями. Так, фактически достигнутая ими скорость в надводном положении составила около 12 узлов, а дальность плавания — полторы тысячи миль экономическим ходом, что на пятьдесят процентов превышало проектную. Скорость подводного движения, несмотря на то, что электромотор, как и на «Дельфине», был один, а мощность его не изменилась, тоже выросла за счет улучшенных обводов корпуса. Уже в ходе окончательной доводки лодок на них была усовершенствована система заполнения балластных цистерн с учетом происшествия с «Дельфином» в мае 1902 года, что позволило повысить как безопасность погружений, так и скорость перехода в подводное положение.*