60口径三年式15.5cm3連装砲
20.3cm砲に対抗するという開発の目的から、15.5cm砲には20.3cm砲と同等の射程が求められた。しかし、一般に砲は口径が大きいほど射程が長くなり(逆に言えば口径が小さいほど射程が短くなる)、小口径の砲弾を遠距離まで飛ばすためにはより高い初速で砲弾を発射する必要がある。そこで、60口径という当時としては極めて長い砲身(当時、中口径以上の砲は長くても50口径程度だった)を採用することで20.3cm砲とほぼ同じ27,400mの最大射程を実現した。また、砲身内圧力最大33kg/mm2(常装薬使用時)は日本海軍が使用した砲の中で最も高く、初速920m/sは九八式十糎高角砲(通称、長10センチ高角砲)に次いで2番目に速い。それだけに砲身の寿命も短く、砲身命数はわずかに250~300発であった。
砲身は長くなるほど自重で砲口が垂れ下がり、発射時のぶれも大きくなるため射撃精度が低下する(散布界が大きくなる)が、15.5cm砲では従来多用されていた鋼線式に代わり自緊式で砲身を製造し、長砲身ながら射撃精度を向上させている。
高性能の代償として、重さも欠点に挙げられる。砲塔重量は重巡の50口径三年式20cm砲の連装砲塔並みかそれ以上になっている。このため後から本来的な軽巡として建造され、最上型より3千トンばかり軽い阿賀野型では手に余り、より旧式の50口径四十一式15cm連装砲が採用された。こちらは砲塔重量78トンと本砲の半分もない。
砲塔の設計は日本重巡洋艦の主砲である50口径三年式20cm砲の連装砲塔との共通点が多いものの、砲塔搭載の測距儀は8メートル型で高雄型の6メートル型よりも能力が向上している。