Оригинальные итальянские двухствольные зенитные автоматы 37 mm/54 Breda при подписании договора в 1932 году предполагалось заменить на отечественные двухствольные зенитные 37-мм автоматы. Основой уверенности в успехе было то, что ещё 28 августа 1930 года был заключён договор с фирмой «БЮТАСТ» (подставная контора, представляющая интересы немецкой фирмы «Рейнметалл»), предусматривающий поставку немецкой стороной ряда артиллерийских систем, комплекта рабочей документации к ним, а также помощь в организации серийного производства орудий в СССР. В числе этих артиллерийских систем была и 37-мм автоматическая пушка. К сожалению, по ряду причин разработка и принятие на вооружение 37-мм автоматов затянулись, и к 1938 году двухствольные 37-мм автоматы промышленности освоить не удалось. Всего первоначальным проектом советских крейсеров было предусмотрено 4 спаренных зенитных автомата. При вводе в строй в 1938 году головной крейсер «Александр Пушкин» был временно вооружен четырьмя одноствольными зенитными 37-мм автоматами 70-К. К 1940 году стало ясно, что дата принятия на вооружение двухствольных 37-мм автоматов 66-К снова сдвинута вправо на неопределенный срок. В этой связи кормовые 100-мм орудия Минизини в 1940 году были заменены одноствольными зенитными 37-мм автоматами 70-К как на головном, так и на последующих крейсерах серии.
Итальянские спаренные 13,2-мм пулеметы в 1932 году планировалось заменить на советские спаренные 12,7-мм пулеметы Дягтерева. Как и с 37-мм автоматами, спаренные пулеметы тоже не удались, и в момент ввода в строй советские крейсера имели по 4 одноствольных 12,7-мм пулемета ДШК.
Таким образом, вооружение советских тяжелых крейсеров к началу Великой Отечественной войны включало 4х3х180мм/57, 6х2х100мм/47, 6х1х37мм/73, 4х1х12,7мм.
Вскоре после начала войны в 1941 году стала очевидной недостаточность зенитного вооружения, в связи с чем зимой 1941/1942 года крейсера были довооружены ещё двумя 37-мм зенитными автоматами 70-К (по одному на второй и третьей возвышенных башнях главного калибра). Общее число 37-мм автоматов стало равно восьми.
В 1942 году было принято решение зимой 1942/1943 года довооружить крейсера ещё двумя 37-мм зенитными автоматами 70-К (теперь дополнительные 37-мм автоматы размещались по два на второй и третьей возвышенных башнях главного калибра). Общее число 37-мм автоматов стало равно десяти.
В годы войны каждый из крейсеров оснастили двумя 12,7-мм счетверенными пулеметами «Виккерс», поставлявшимися по ленд-лизу из Великобритании.
В ходе капительного ремонта и модернизации 1949-1953 годов одноствольные 37-мм зенитные автоматы 70-К были заменены 37-мм спаренными зенитными автоматами В-11, принятыми на вооружение в 1946 году.
Радиоэлектронное вооружение первоначальным проектом предусмотрено не было, но в 1941 году на вторую пару крейсеров («Максим Горький» и «Лев Толстой») были установлены отечественные опытные радиолокационные станции «Редут-К».
Бронирование
Схема бронирования полностью повторяла решения тяжелого крейсера «Зара»
Пояс – 150…100 мм; верхний пояс – 30 мм; траверзы – 120…90 мм; палуба – 70…65+20 мм; башни – 150…100 мм; барбеты – 120 мм; рубка – 150 мм
Броневая цитадель простиралась на 91 м (половину длины корабля), прикрывая пространство между концевыми башнями главного калибра. Главный пояс длиной 88 м собирался из 15 броневых плит размерами 6 – 5 м и при нормальном водоизмещении уходил под воду на 1,5 м. Толщина пояса – 150 мм, с постепенным уменьшением до 100 мм в нижней трети. Верхняя кромка находилась на уровне главной палубы. Пояс замыкался траверсами, состоявшими из 8 плит переменной толщины: 120 мм – выше ватерлинии и 90 мм – ниже нее. Плоская главная бронепалуба опиралась на верхнюю кромку пояса. Над погребами и отсеками энергетической установки она имела толщину 70 мм, а у бортов, над отсеками второго дна, утончалась до 65 мм. Выше главного располагался второй пояс, толщиной 30 мм, состоявший из 10 длинных (по 9 м) плит. Помимо этого, верхняя палуба в районе цитадели имела 20-мм бронирование для сдирания бронебойных колпачков. Таким образом, над главной находилась как бы вторая цитадель, равная по прикрываемому пространству, но существенно меньшей толщины. Хорошо защищалась артиллерия главного калибра: максимальная толщина лобовых плит башен – 150 мм, боковых – 75 мм, плоской части крыши – 70 мм. Барбеты состояли как бы из двух труб (у башни №2 – из трех): над верхней палубой они имели толщину 150 мм, между верхней и главной палубами – 140 мм, ниже главной палубы – 120 мм. По периметру барбета толщина была равномерной. Боевая рубка цилиндрической формы внутренним диаметром 3,3 м защищалась 150-мм броней по периметру, 80-мм – сверху, 70-мм – снизу. Над ней размещался вращающийся бронированный командно-дальномерный пост главного калибра, имевший внутренний диаметр 3,5 м, 130-мм броню по периметру, 100-мм – сверху и 15-мм – снизу. Вниз от боевой рубки шла бронированная передаточная труба, соединяющая ее с постом управления огнем, расположенным на средней палубе. Ее толщина составляла 120 мм над верхней палубой и 100 мм под ней.