Michael David McCauley, 41 år, av Cwmbran, nekade till utnyttjande av barn så unga som sex år, men dömdes för en rad brott och fängslades i 15 år vid Cardiffs krondomstol i januari.
Ärendet skickades till appellationsdomstolen på onsdag, där fristen förlängdes till 20 år.
Lord Justice Treacy beskrev det som en "allvarlig katalog över överträdelser".
"Resultatet av den kränkande, särskilt i den första flickans fall, innebär allvarlig psykisk skada," sade han.
"Det som hände var planerat och involverat grooming."
McCauley befanns skyldig till sex våldtäkter och sju sexuella övergrepp.
Han medgav också att ha barnmisshandel bilder, som polisen hittade lagrade på sin dator, besöka webbplatser och diskutera pedofili på nätet, hörde domstolen.
Lord Justice Treacy tillade: "Vi är nöjda med att den totala domen avkunnades var otillbörligt mild."
En våldtäktsman som sitter fängslad för att ha preparerat unga flickor för sex har fått sitt "omåttliga överseende" straff ökat.