Все три корабля тира «К» при спуске имели одинаковые размерения. Длина по ватерлинии — 169 м, полная — 174 м. осадка при стандартном водоизмещении — 5,4 м, при полном — 6,3 м.
В марте 1936 г. «Карлсруэ» пересек Тихий океан в ходе учебного плавания. Корабль выдержал сильнейший шторм, угодив в самый центр тайфуна, хотя и получил серьезные повреждения, так в корпусе в районе шлюпочной палубы образовалась трещина шириной 2,5 см. Крейсер вынужден был зайти в ближайший порт, чтобы укрыться от урагана и где экипаж смог бы осмотреть и попытаться устранить повреждения. Таким портом оказался расположенный на Алеутах Датч-Харбор. Осмотр показал, что ремонт своими силами невозможен, тогда корабль взял курс на Сан-Диего, Калифорния, где был установлены подкрепления силового набора корпуса. После возвращения крейсера в Германию, его поставили в док в Киле. С корпуса сняли практически всю обшивку, от киля до палубы, а в ходе ремонта заодно установили новый броневой пояс. После ремонта ширина крейсера увеличилась до 16,8 м, а водоизмещение до 8350 т.
Изначально на крейсерах типа «К» было установлено по шесть нефтяных котлов Шульц-Торникрофт и турбозубчатые агрегаты фирмы Шихау («Кенигсберг»), Германия («Карлсруэ») и Блом унд Фосс («Кельн»). Силовая установка суммарной мощностью 68 200 л.с. позволяла кораблю развивать скорость полного хода в 32 узла.
Вспомогательная установка каждого крейсера состояла из двух 10-цилиндровых дизелей фирмы MAN суммарной мощностью 1800 л.с. Под дизелями крейсера могли разогнаться до скорости 10,5 узлов.
Толщина бортового броневого пояса крейсеров составляла 70 мм (максимальная), толщина бронепалубы — 20 мм, над местами размещения боекомплекта главного калибра толщина бронепалубы составляла 40 мм. Броня — комбинация брони КС и KNC. При ремонте «Карлсруэ» в 1936 г. на крейсер была усилена верхняя часть броневого пояса — поставлены дополнительные бронеплиты толщиной 14 мм из брони марки Wotan Hart. Гомогенная броня Wotan Hart с точки зрения снарядостойкости превосходила броню марки KNC. Также на крейсеры поставили накладные бронелисты толщиной 16 мм из брони марки Wotan Hart на бронепалубу.