最上级重巡洋舰

设计

最上级一开始就打算作为重巡使用，因此在设计上参考了许多妙高级及高雄级的经验，所以在外观上没有继承任何日本轻巡洋舰特色，而有着十分浓厚的重巡风格。其中一个很明显的就是前高后低的船体设计，从平贺让设计日本重巡时此特征即存在；最上级舰身最高处为舰首，距离水线高7.65米、舰身中段距离水线高5.5米、舰艉距离水线高只剩4.65米。最上级原本也打算使用高雄级的天守阁式舰桥风格与大级杆柜，但是在友鹤事件后该设计遭推翻，改用一个较小的舰桥结构设计与重量较轻的三脚主柜替代；铃谷号建造时舰桥结构再度实施修正以降低舰体重心，但最上级4艘的稳定性都不算好。
在人员适居性上，虽然最上级的人员编制量与重巡洋舰相等，但在日本中级军舰中她的设计已经是比较善待士兵的舰艇；该舰是日本巡洋舰中第一艘为水手配备三层铁床，取消了帆布吊床，并且为军官住舱设计盥洗设备的军舰。加上在设计时已经考虑南方作战需求，所以舰内通风设计性较佳，在战争中期还有特别为本级舰加装冰箱，在日本海军舰艇普遍无视适居性的常态下可说特例。
最上级的主炮也是独树一格的部分，日本帝国海军并没有亟于汰换当时轻巡洋舰的主炮，因为士兵体格问题让以人力上弹、装填为主的轻巡洋舰不适合更换主炮；但为了圆谎，海军放弃了既有的140及152毫米炮弹标准，在1930年时特别为最上级开发出一款3连装155毫米舰炮，也就是三年式15.5公分舰炮。该主炮原级1932年完成，1934年完成测试。原本打算作为可达仰角75度防空用的高平两用舰炮，但是在测试后发现周边配套不足，因此最后修正成最大仰角55度的舰炮；虽然号称可拿来对空，但是上弹机只能提供每分钟5发的供弹速度，加上炮弹本身仍维持药包、炮弹分离设计，装填速度受限，所谓的防空性能只有在使用三式弹时可提供极有限的长程对空火力，且命中率不高。

服役

四艘最上级本务上已经是作为重巡洋舰使用，所以没有编入水雷战队，而是比照重巡洋舰成立单独作战支队，成为第二舰队辖下第七战队。在1941年底开战时，主要任务为荷兰东印度群岛战役的支援任务；巽他海峡海战一役，最上号、三隈号两舰偕同日军舰队击沉美国海军休士顿号重巡洋舰及澳大利亚皇家海军伯斯号轻巡洋舰，还击沉数艘盟军商船。后来第七战队参加了印度洋空袭、中途岛战役。
在中途岛之役时，第七战队因为航舰部队遭击沉，因此掩护战列舰本队撤退；撤退返航途中遭遇大雾，视线不良下最上号撞烂了三隈号，导致美军战机得以追上两艘受创的舰艇，三隈号后遭美军击沉、最上号遭重创。返国的最上号在大修时接受了航空巡洋舰改装工程，拆除舰艉主炮、延长后部甲板，改装成装载水上飞机的空间，强化该舰侦搜能力。
而第七战队没有受损的两舰，原本计划用于印度洋破交战，但是在瓜达康纳尔岛战况胶着下也进驻所罗门群岛，投入该地战场。

改装方案

除了既有的航空巡洋舰外，最上级在二战中期亦曾经计划实施航空巡洋舰改造案；日本海军研究者福井静夫称日本海军曾有计划将首两艘最上级转用为防空巡洋舰；该方案将拆除一部分、甚至是所有主炮，安装更多的双连装高平两用炮。此外，在1930年代，后两舰铃谷、熊野建造时日本海军也有直接变更设计建造为防空巡洋舰的计划；甚至有将最上级全部改造的想法，然而这些计划只存在于公文讨论，并没有实际设计草图存世。