Корпуса "Русалки" и "Чародейки" строились по клетчатой системе с двойным дном. Корабли имели длину по грузовой ватерлинии 62,8, наибольшую ширину 12,8 м, нормальное водоизмещение при средней осадке 3,36 м 1881,7 т.

Киль набирался из листов размером 610 х 14 мм, шпангоуты — из "углового железа" 102 х 76 х 10 мм (шпангоуты 203 х 76 х 13 мм, шпация 0,61 м). Стрингеры из листов 76,2 х 13 мм и вдоль всего корпуса соединялись угольниками с наружной обшивкой (толщина 10–19 мм) и шпангоутами. 5-10-мм водонепроницаемые переборки делили корабль на 25 отсеков.

Железный палубный настил (толщина в средней части 25, в оконечностях 6-13 мм) покрывался сверху 89-мм сосновыми и дубовыми (в районе башен) досками. Нижняя палуба также имела деревянный 89-мм настил; обшивались изнутри деревом борта, трюмы, крюйт-камеры и бомбовые погреба. Люки на верхней палубе с комингсами высотой 457 мм снабжались 25-мм боевыми железными и штормовыми деревянными крышками. Форштевень оканчивался тараном (углубление 2, выступ 1,4 м). Бортовая броня набиралась из двух рядов плит суммарной высотой в середине 2.3 с погружением в воду 1,7 м и толщиной 114 мм (95 в носу и 83 в корме).

Каждая из 58 плит устанавливалась на тиковую подкладку (305–457 мм). Башни системы Кольза (наружный диаметр 7,9, внутренний 6,7 м) бронировались 140-, а рубка — 114-мм железными плитами на тиковой подкладке. Жилые помещения каждого корабля рассчитывались на 12–13 офицеров, 160–178 унтер-офицеров и матросов.

Постройка кораблей затянулась, и лишь 31 августа 1867 г. их спустили на воду (стапельный период около 28 месяцев). Среднее углубление составило около 2,1 м (спусковая масса около 1100 т). В период стапельных работ установили поперечные и продольные переборки, бортовую броню, дейдвудные трубы, гребные валы и винты, положили палубный настил. Монтаж машин и котлов, башен с орудиями и боевых рубок, установка рангоута и такелажа, отделка внутренних помещений и другие работы заняли еще более полутора лет— только к весне 1869 г. "Русалку" и "Чародейку" удалось подготовить к плаванию.

Двухлетнее опоздание по сравнению с контрактом не по своей вине позволило подрядчику соблюсти свои интересы — казна выплатила фирме фактические издержки в сумме 77165 руб.

Для защиты от заливания верхней палубы, располагавшейся всего на 0,6 м от ватерлинии, проектом предусматривалось (по аналогии со "Смерчем") устройство откидного фальшборта по всему периметру палубы. Однако эффективность такой меры и дальнейшем не подтвердилась, фальшборт в 1867 г. сняли, а для удобства управления между башнями установили мостик шириной 3,6 м с узкими поперечными площадками для "походных фонарей" и "бросания лота". По краям мостика размещались коечные сетки и шлюпки: десятивесельный катер, шестивесельный вельбот, четырех- и двухвесельные ялы. Комингсы люков между башнями довели до уровня мостика, фальшборт заменили леерным ограждением, "Чародейку", кроме гребных шлюпок, в 1871 г. снабдили паровым катером (длина 9,94. ширина 3,28 м, нарицательная мощность машины 5 л.с.) постройки завода Крейтона.

Механическая установка каждой лодки состояла из двух горизонтальных паровых машин (диаметр цилиндров 965. ход поршня 457 мм) с клапанами отсечки пара и холодильниками. Дымоходы двух огнетрубных котлов с четырьмя топками каждый (рабочее давление пара 1,6 атм) имели одну трубу диаметром 1,7 м. Каждая машина работала на четырехлопастной винт (диаметр 2,6 м). Контрактом предусматривалось, что при нарицательной мощности каждой машины 200 л.с. они должны на испытаниях развить суммарно не менее 900 и.л.с. Помпы и вентиляторы работали от вспомогательной машины. Угольные ямы вмещали 150 т угля.

В 1869 г. на "Русалке" установили вспомогательный паровой котел. На испытаниях в 1869 г. "Чародейка" развила скорость 8.5 уз при индикаторной мощности машин 786 и.л.с., "Русалка" — 9 уз при 705 л.с.

Проектом предусматривалось вооружить каждую из лодок четырьмя 300 фунтовыми 229-мм стальными нарезными орудиями — по два в башне. Однако их производство своевременно не наладили, поэтому летом 1867 г. оба корабля решили вооружить четырьмя 381-мм чугунными гладкоствольными пушками производства Олонецкого завода. В соответствии с этим амбразуры башен расширили до 760 мм (высота 990 мм). Фактически же в кампанию 1869 г. каждую лодку вооружили двумя 229-мм стальными нарезными орудиями образца 1867 г., располагавшимися в носовой башне, и двумя 381-мм- в кормовой. К 1871 г. на "Русалке", а несколько позднее и на "Чародейке", гладкоствольные орудия заменили нарезными.

Боезапас хранился в двух крюйт-камерах и двух бомбовых погребах — по 75 снарядов и зарядов на каждый ствол. При максимальном угле возвышения орудий 7° дальность стрельбы достигала 1 5 кабельтовых.

В 70-х годах лодки снабдили противоминной артиллерией, количество и система которой многократно менялись: на крышах башен устанавливались 87-мм, на мостике и верхней палубе — скорострельные 42-мм пушки Энгстрема, 37-мм пятиствольные Готчкисса, 25-мм Пальмкранца.

Три железные мачты несли парусное вооружение, аналогичное лодке "Смерч". Два якоря имели массу по 1,52 т, один -1,36. Постройка каждой лодки обошлась казне в 762000 рублей; нормальное водоизмещение достигло примерно 2100 т при средней осадке 3,7 м.

В 1869 г. оба корабля вошли в состав броненосной эскадры Балтийского моря. В июне "Русалка" наскочила на подводные камни в Финском заливе и получила повреждения обшивки носовой части корпуса на протяжении 8,5 м (11-25-й шпангоуты) и 2.7 м ниже ватерлинии. Вода затопила междудонное пространство и начала поступать в отсеки выше второго дна. Для временной заделки пробоины лодку пришлось посадить на мель. Эта сама по себе незначительная авария выявила "пробел" в обеспечении непотопляемости, побудив служившего тогда на "Русалке" мичмана С.О. Макарова заняться столь важной проблемой. Как известно, результатом работы будущего прославленного адмирала явился ряд предложений по совершенствованию водоотливной системы, управлению креном и дифферентом, снабжению кораблей пластырями и т. д.

Все это было изложено в первом его печатном труде по непотопляемости корабля — "Броненосная лодка "Русалка". Степан Осипович положил начало научной разработке принципов обеспечения непотопляемости.

Первые плавания выявили много конструктивных недостатков башенных лодок; важнейшие из них — малая высота надводного борта и плохие маневренные качества. При волнении всего 1–2 балла и небольшой скорости вода заливала верхнюю палубу, проникая внутрь корпуса сквозь зазоры между палубой и башнями и другие отверстия. Учитывая, что продольные оси 229-мм орудий возвышались над уровнем моря всего на 1,28 м, а вода из нижней палубы могла проникнуть в крюйт-камеры и бомбовые погреба, боевое использование лодок даже при слабом волнении представлялось весьма проблематичным. Кроме того, во время стрельбы на острых курсовых углах повреждались ограждения люков на верхней палубе.

Лодки практически не реагировали на перекладку руля до 20°, маневрирование требовало много времени и напряженной работы рулевых, для облегчения которой в 1874 г. добавили колесо на верхнем штурвале. Ряд недостатков конструкции удалось устранить в 1870–1874 гг.: обеспечили герметичность иллюминаторов на люках, установили два путевых компаса, переделали штурвалы, заменив железные детали медными, сделали краны для перепуска воды в междудонном пространстве и т. д.

С плохими мореходными качествами пришлось примириться, опыт плавания лодок учли позднее, при проектировании новых кораблей береговой обороны.

С 1870 г. "Русалка" находилась в составе учебно-артиллерийского отряда, совершая ежегодные летние практические плавания. Дважды (в 1878 и в 1891 гг.) меняли на ней паровые котлы. 1 февраля 1892 г. обе лодки переклассифицировали в броненосцы береговой обороны.