Bestykningen varierte gjennom årene mens «Niels Juel» var i tjeneste for den danske orlogsflåten fram til 1879. I begynnelsen hadde batteridekket tretti 30-punds glattborede forladekanoner, mens det øverste dekket, som også kalles «spardekk», kunne ha tolv 30-punds kanoner av den samme type. Under den andre slesvigske krigen i 1864 hadde «Niels Juel» 22 30-punds kanoner på kanondekket, men en nyhet hadde kommet til Danmark; såkalte med rifler som større skuddvidde og presisjon enn glattborede kanoner. I 1861 ble 18 12-punds forladekanoner av bronse fra 1700-tallet utboret, så disse kunne ha rifler i løpet. Bronsekanonene som var fordelt på de tre fregattene, var en stor suksess. «Niel Juel» fikk fire kanoner sammen med åtte 18-punds kanoner av jern på spardekket. Fregatten hadde åtte 4-punds haubitser for nærstrid. Etter 1864 ble bestykningen redusert til 27 stykker: to store 20 cm kanoner, fireogtyve 15 cm kanoner og én 78 mm kanon.