Vũ khí chính của lớp Nagara là bảy khẩu pháo 140 mm (5,5 inch) bố trí trên những tháp pháo đơn bọc thép kín.: hai khẩu trên trục giữa hướng ra trước, ba khẩu trên trục giữa phía sau cầu tàu hướng ra sau, và một khẩu mỗi bên mạn cạnh cấu trúc thượng tầng. Tuy nhên, chỉ có sáu trong số bảy khẩu pháo có thể bắn ngang mạn tàu. Hỏa lực hạng hai bao gồm hai khẩu 76 mm (3 inch).

Sau trận Midway, giới lãnh đạo cấp cao Hải quân Nhật bắt đầu nhận thức sự mong manh của hạm đội trước các cuộc tấn công bằng máy bay và tàu ngầm Mỹ, và tiến hành các biện pháp nâng cấp vũ khí chống máy bay và chống tàu ngầm trên các con tàu nổi. Các khẩu pháo chính 140 mm của lớp Nagara trở nên vô dụng đối với máy bay vì chuyển động xoay chậm (vận hành bằng tay) và vì chúng không thể nâng cao hơn góc 45 độ.

Mỗi chiếc trong lớp Nagara được gọi quay về Nhật Bản để tái trang bị và nâng cấp. Tháp pháo 140mm số 5 (ngay phía sau ba ống khói) được tháo bỏ, và khẩu đội súng máy 13 mm bốn nòng phía trước cầu tàu được thay thế bởi một khẩu đội 13 mm hai nòng. Với trọng lượng tiết giảm được, Hai khẩu đội pháo phòng không ba nòng Kiểu 96 25mm được trang bị, cùng một hệ thống radar dò tìm trên không Kiểu 21.

Tương tự, tháp pháo số 7 tận cùng cũng được thay thế bằng một khẩu đội 5-inch (127mm) Kiểu 89 40 caliber đa dụng nòng đôi không che chắn. Một khẩu đội phòng không Kiểu 96 25 mm ba nòng và bốn khẩu 25mm phòng không nòng đơn được bổ sung. Cùng với việc tháo bỏ máy phóng thủy phi cơ, một hệ thống radar dò tìm mặt đất Kiểu 22 được trang bị; mười khẩu 25 mm nòng đơn cũng được bổ sung (nâng tổng cộng lên 30 khẩu) cùng năm khẩu súng máy 13 mm nòng đơn. Thêm vào đó, các giá thả mìn sâu thay thế cho mìn mang theo trước đây, và thiết bị dò âm dưới nước cũng được trang bị.

Các cải tiến này đã đưa đến trọng lượng rẽ nước cuối cùng vượt quá 7.000 tấn, làm giảm tốc độ tối đa xuống dưới 59 km (32 knot).