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这一发现迫使日本海军紧急采取措施，对最上号和三隈号进行了结构强化改装，而未完工的3、4号舰则在下水前便修正了设计，从而形成了最上级和铃谷级两个亚型的区别。
随着“海军假日”的结束和国际局势的日益紧张，日本海军终于迎来了将最上级巡洋舰潜力全面释放的时机。
1937年，四艘最上级巡洋舰同时接受了大规模的现代化改造，它们的主炮被统一更换为五座双联装203毫米炮，这一变化不仅使它们的火力得到了质的飞跃，更使它们一跃成为当时世界上最强大的重型巡洋舰之一。
改造后的最上级巡洋舰，不仅保持了原有的高航速和灵活性，更在火力上足以与任何同级巡洋舰相抗衡。
除了主炮之外，最上级巡洋舰还配备了多种先进的武器装备和作战系统。
八门127毫米高射炮为它们提供了强大的防空能力；十二门610毫米鱼雷发射管则赋予了它们在近距离作战中的致命威胁；两具弹射器和三架水上侦察机则大大增强了它们的侦察和攻击范围。
这些装备的组合使得最上级巡洋舰在多种作战环境下都能发挥出卓越的性能。
日本海军的最上级重型巡洋舰以其独特的设计与强大的火力配置，成为了日本帝国海军力量的重要组成部分。
特别是其装备的203毫米口径主炮，不仅继承了古鹰级巡洋舰火炮的某些特性，更在后续的改装中实现了性能的飞跃，与当时美国海军的同类装备形成了有趣的对比。
最上级巡洋舰在设计之初，装备的是3年式50倍径200毫米主炮，这款火炮与古鹰级巡洋舰上的主炮同源，体现了日本海军在火炮技术上的连续性和稳定性。
3年式主炮以其良好的射击精度和适中的威力著称，通常使用的弹药包括五号穿甲弹、六号穿甲弹（八八式穿甲弹）以及四号通常弹。这些炮弹各具特色，五号穿甲弹采用一三式二号引信，内部装药公斤，搭配公斤的发射药，旨在穿透敌方装甲；而六号穿甲弹则采用了更先进的一三式四号引信，虽然爆炸药稍减至公斤，但发射药也相应调整为公斤，以达到更优化的弹道性能。