Las dos torretas de popa se movieron unos 2 m a babor y estribor desde la línea central para poder disparar más allá de la superestructura y directamente hacia adelante.
Débilmente blindados, con apenas 50 mm de protección horizontal, 40 mm en el cinturón lateral y tan solo 20 mm en las torres, estos cruceros al momento de la entrada en guerra estaban totalmente superados por sus similares británicos de la clase Leander.
Este acero homogéneo al cromo-níquel-molibdeno, que data de la Primera Guerra Mundial, no era maleable y al principio solo podía fabricarse con un espesor de hasta 80 mm, pero se considera el mejor acero blindado de su época y era sólo un 5% menos resistente que el posterior acero Krupp-Wh (Wotan-hard), que se utilizó para fabricar posteriores buques de guerra alemanes.
Durante su renovación, el Karlsruhe recibió una segundo blindaje exterior y una nueva cubierta superior hecha de este acero.
Sin embargo, en caso de emergencia se hizo evidente que el sistema eléctrico seguía siendo extremadamente vulnerable y a menudo fallaba en situaciones difíciles.
Durante la Segunda Guerra Mundial, estos cruceros fueron empleados como transporte de tropas en la Operación Weserübung, en la Invasión de Noruega siendo hundidos el Karlsruhe en Kristiansand por el submarino británico HMS Truant y el Königsberg por bombarderos en picado Blackburn Skua en Bergen.
Fue severamente dañado en dos ocasiones por bombardeo aéreo en diciembre de 1944 y fue remolcado a Wilhelmshaven donde fue nuevamente atacado y semihundido hasta la obra muerta para servir como batería flotante hasta su destrucción final en marzo de 1945.