Снятая вместе с орудиями, механизмами и боеприпасами башня облегчила корабль на 126 т, из которых 49 предназначались для увеличения брони двух оставшихся башен, а остальные – на бортовую. В связи со смещением башен к середине корпуса сдвигалось на 2,4 м к носу и машинное отделение, удлинялся гребной вал, менялись расположение и конструкция двух поперечных переборок.

Работы грозили затянуться в связи с несвоевременной поставкой более толстых броневых плит, которые толще 114 мм на Ижорском заводе еще не прокатывались. Однако адмирал И.И. фон Шанц подчеркивал, что "при современном состоянии дела броненосного судостроения и морской артиллерии" усиление брони необходимо, невзирая на возможное удорожание и увеличение сроков готовности кораблей.

В конце концов, перемены коснулись лишь двух кораблей Невского завода. Изменили чертежи башен и боевой рубки, усовершенствовали крепления броневых плит, применив под болты восьмигранные шайбы с каучуковой прокладкой производства товарищества Российско-американской резиновой мануфактуры (ныне объединение "Красный треугольник").

Целый ряд новых выгородок и переборок сооружался в районе дымовой трубы, вентиляторов, крюйт-камер, бомбовых погребов, цепных ящиков; удлиненный румпель снабдили подвижной муфтой, убрали вагранку, переделали фундаменты под центробежные насосы, упразднили откидной фальшборт, оборудовали навесную палубу (штормовой мостик) и т. д. В итоге сверхконтрактные работы только за 1865-1869 гг. оценивались суммой свыше 270 тыс. руб. Дополнительным заказом стал бронзовый бюст П.В. Чичагова, выполненный за 600 руб. скульптором Эрмитажа Кузнецовым "Адмирал Спиридов" сошел на воду 16 августа, "Адмирал Чичагов" 1 октября 1868 г. Для перехода в Кронштадт после освобождения от спусковых полозьев фрегаты удифферентовали до осадки на ровный киль 2,92 м.

В Кронштадте достройку кораблей продолжили: обшивка броней завершилась в июле 1869 г. Работы по сборке башен остановились – задерживалась поставка броневых плит, двутаврового железа для стоек и крыш. По приказанию управляющего Морским министерством адмирала Н.К. Краббе пришлось в июле 1870 г. ставить плиты, контрольные образцы которых не прошедшие испытания стрельбой. В следующем году на кораблях установили паровые брашпили производства Кронштадтского пароходного завода.

В процессе службы, при известном столкновении с "Адмиралом Лазаревым" в 1871 г., на "Адмирале Спиридове" лопнули от удара два болта в носовом отсеке, но вода в отсек почти не просачивалась. "Случай этот может быть назван полезным сроком, ибо он показал, что двойное дно, служа отличным предохранительным средством против затопления судна, вместе с тем его большой опасности быть опрокинутым, способствуя крену", – так квалифицировали специалисты происшедшее.

Действительно, необходимость выравнивания крена путем затопления отсеков противоположного борта явилась одним из важных выводов комиссии адмирала С.С. Лесовского. Рекомендовалось также установить магистральную трубу, необходимую для сосредоточения всех водоотливных средств на откачивание воды из любого отсека. Особое внимание отводилось разработанным лейтенантом С.О. Макаровым предложениям по улучшению непотопляемости кораблей, усиливался надзор за обеспечением плотности заклепочных швов, важной оказалась рекомендация о необходимости проверки водонепроницаемости отсеков путем налива воды во время постройки кораблей.

Для ослабления силы таранного удара при возможных столкновениях адмирал Г.И. Бутаков предложил снабдить таран обыкновенным шарниром с доской, что позволяло рассредоточить удар на большой площади борта. Натурная модель такого приспособления и явилась, по-видимому, образцом для предложенной позднее С.О. Макаровым защитной конструкции "намордника" таранов для кораблей в мирное время.

Работы по улучшению непотопляемости фрегатов, совершенствованию водоотливных средств и системы вентиляции выполнялись под руководством адмирала А.А. Попова при непосредственном участии и по чертежам вызванного с эскадры Тихого океана С.О. Макарова. Всесторонне испытывались управляемость и мореходные качества кораблей, в том числе и в штормовых условиях, а при качке в походах от Кронштадта до Ревеля выполнялись боевые стрельбы.

Тем не менее, перегрузка давала себя знать. Так, при испытаниях в 1871 г. "Адмирала Чичагова" проектной осадки носом 4,63 и кормой 5,44 м удалось добиться лишь после того, как были сняты два кормовых орудия, половина запаса угля (130 т) и практически весь боезапас. Перегруженными вышли корабли и на мерную линию летом 1873 г. Вместо проектных 3196 т водоизмещение "Адмирала Спиридова" возросло до 3587, а "Адмирала Чичагова" – до 3505 т. Мощность механизмов на обоих кораблях составила около 2000 л.с., а средняя скорость во время четырех пробегов достигла соответственно 10,2 и 10,47 уз (трехлопастные винты системы Грифитса имели диаметр 4,5 и шаг 5,3 м). Расход угля составил 2 т/ч, что при запасе около 280 т обеспечивало дальность плавания полной скоростью до 1400 миль.

Для ликвидации перегрузки планировалось осенью 1873 г. уменьшить осадку кораблей, распилив их корпуса и введя в каждый центральную вставку. Проект остался неосуществленным, и тогда А.А. Попов предложил в целях разгрузки снять с фрегатов боевые рубки, а две 229-мм пушки в каждой башне заменить на одну 280-мм более мощную и более легкую.

"Уменьшить число орудий, но зато увеличить их калибр и цельность выстрелов есть отличительное направление морской техники в настоящее время", – напоминал адмирал. Такая замена снижала перегрузку, причем вес бортового залпа не уменьшался, а точность стрельбы из одного орудия, при которой исключалось влияние погрешности при наведении двух орудий, повышалась. Предложение А. А. Попова удалось осуществить сначала на "Адмирале Спиридове" (к навигации 1874 г.), а затем и на "Адмирале Чичагове" (к осени следующего года).

Эти самые мощные после "Петра Великого" корабли русского флота совершенствовались и в последующие годы. Заменялись расслоившиеся броневые плиты, улучшалась водонепроницаемость палуб и переборок, повышались под руководством С.О. Макарова надежность и эффективность водоотливных средств.

Угроза появления на Балтике английского флота заставила в 1877 г. подвергнуть водонепроницаемые переборки фрегатов новым испытаниям, довооружить их 229-мм мортирами, а для защиты от миноносцев установить на крышах башен по две 87-мм пушки.

В 1877 г. фрегаты входили в состав отряда башенных кораблей, затем Практической эскадры Балтийского флота и его учебных отрядов. В 1883 г. на "Адмирале Спиридове" успешно прошла испытания разработанная С.О. Макаровым система быстрого разведения пара в котлах (вода в них предварительно подогревалась паром вспомогательного котла). Уже через 7,5 минуты фрегат мог дать ход, а еще через 4 развивал полную 10-узловую скорость.

По заданию флаг-капитана Практической эскадры С.О. Макарова "Адмирал Чичагов" в 1885 г. участвовал в обследовании подходов к побережью Рижского залива – шла подготовка к обороне от вражеского десанта. Кстати, в то время на первом из фрегатов еще сохранялось значительное парусное вооружение (715 м² ), которое позволяло в галфинд и бакштаг развивать скорость до 1,5-2 узлов. Гораздо меньшая парусность "Адмирала Чичагова" (265 м² ) использовалась моряками лишь для ослабления качки на волнении и облегчения рулевого управления, так как за штурвалом находилось, как правило, одновременно до 8 матросов.