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  卡爾斯魯厄級的設計方案於1910年制定,是對前級馬格德堡級的改進。它們的速度更快,擁有更大、更傾斜的船體和更大的排水量,但武器裝備和裝甲保護則保持不變。卡爾斯魯厄號是為替代老舊的小巡洋艦而以“海鷹替艦()”為代號進行訂購,並於1911年在基爾的日耳曼尼亞船廠開始,建造編號為181。它於1912年11月11日,至1914年1月15日正式投入公海艦隊使用。羅斯托克號是為替代小巡洋艦禿鷲號無防護巡洋艦而以“禿鷲替艦()”為代號訂購,並於1910年在基爾的霍瓦茲船廠開建,工程編號為560。它於1912年11月12日、晚於姊妹艦一天下水,之後的舾裝工作則一直持續至1914年2月5日,然後加入公海艦隊。

  卡爾斯魯厄級艦隻的水線長度和全長分別為和,有的舷寬,以及的前吃水和的後吃水。它們的設計排水量為,滿載排水量則可達。船體採用縱向鋼框架構造,設有十五個水密艙室和一個佔龍骨長度比重為45%的雙層船底。艦隻的標準船員編制為18名軍官和355名水兵。它們還配備了一些小型艦載艇,其中包括1艘哨艇、1艘駁船、1艘獨桅縱帆船、2艘高低桅帆船和2艘小划艇。1915年後,羅斯托克號還在其桅杆上安裝有校射臺。德國海軍將這些艦隻視為良好的遠洋船具。它們在海浪中稍微受到上風舵的影響並會嚴重偏航。艦隻機動靈活,但入彎遲緩。在滿舵的情況下,它們的降速則高達60%。艦隻的橫向穩心高度為。  卡爾斯魯厄級艦隻的推進系統由兩臺船用蒸汽輪機組成,各負責驅動一副直徑為的三葉螺旋槳。每臺渦輪機都有獨立的輪機艙;蒸汽由十六臺燃煤水管鍋爐和兩臺燃油雙頭水管鍋爐供應,它們被整合至五個鍋爐艙內。推進系統的額定功率為,最高速度為,但兩艘同級艦在速度試驗中都大大超過了這些數值。卡爾斯魯厄號可以達到,而羅斯托克號則可以達到。艦隻所設計的燃煤和燃油貯存量分別為和,但利用內部空隙可使容量提升至和.電力由兩臺額定功率分別為和的渦輪發電機提供,輸出電壓為220伏特。

  卡爾斯魯厄級艦隻的武器佈局與前身馬格德堡級相同。它們配備有十二門單裝105毫米45倍徑速射炮。其中兩門並排佈置在艏艛前方,八門設於艦舯、每邊各四門,以及兩門並排佈置在艦艉。炮管的仰角可提升至30°,使其可以瞄準最高達開外的目標。它們共提供1800發彈藥,其中每炮150發。此外,它們還標配搭載有兩具魚雷管和五枚魚雷,均浸沒舷側的船體內。全部兩艘艦也可攜帶120枚水雷。  卡爾斯魯厄級的艦隻裝甲也與前級相同。它們受到水線裝甲帶的保護;這條裝甲帶在艦舯的厚度為,至艦艏處弱化為。艦艉則不設裝甲。甲板前側由60毫米厚的裝甲覆蓋,舯部為厚,艉部厚度則為。40毫米厚的斜面裝甲與甲板和水線裝甲帶相連。司令塔的側部有厚、頂部為20毫米厚。主炮則配備有厚度為的炮擋。

  

  入役後,卡爾斯魯厄號被委派至加勒比地區執行海外勤務,以輪換原部署在當地的小巡洋艦德累斯頓號。它於1914年7月,即第一次世界大戰爆發前幾天抵達駐地。戰爭一開始,它即為客輪威廉皇儲號客輪配備武器,以使其能夠用作通商襲擊。但當這些艦隻在轉移裝置時,英國巡洋艦找到了它們,並對卡爾斯魯厄號展開追擊。後者憑藉卓越的速度得以逃脫,之後轉至巴西東北沿岸執行。  卡爾斯魯厄在波多黎各補充燃料,這是當時保持中立的美國的屬地,然後駛向巴西。在巴西海岸附近,它俘虜或擊沉了累計容積總噸達72805噸的十六艘船舶,併成功避開英國巡洋艦。艦隻隨後決定襲擊通往巴貝多的大洋航線。然而在1914年11月4日的行進途中,一場自發的內部爆炸摧毀了該艦,並導致包括艦長在內的大部分船員喪命。倖存者則於同年12月利用卡爾斯魯厄號所徵用的其中一艘煤船返回德國。

  羅斯托克號的大部分職業生涯都是在公海艦隊內擔任魚雷艇區艦隊的嚮導艦。在針對英國海岸的作戰行動和多格灘海戰 (1915年)中,它負責為由海軍少將弗朗茨·馮·希佩爾率領的第一偵察叢集的戰列巡洋艦提供屏護。戰鬥期間,英國的戰列巡洋艦伏擊了德國分艦隊,並擊沉了大巡洋艦。1916年4月,在炮擊雅茅斯及洛斯托夫特的行動中,羅斯托克號再次為戰列巡洋艦提供屏護,期間它曾連同其它五艘巡洋艦短暫地與英國哈里奇部隊交戰。  在1916年5月31日-6月1日爆發的日德蘭海戰中,羅斯托克又被分配至戰列艦隊的屏護部隊。它在日德蘭參與了重大行動,並頻繁與英國輕型部隊交火,其中包括協助摧毀了驅逐艦涅斯托耳號驅逐艦 (1915年)和遊牧民號驅逐艦。羅斯托克號的參戰的是以午夜過後不久被驅逐艦用魚雷擊中而告終。它只得通過德國魚雷艇拖行,但至翌日清晨,敵對巡洋艦都柏林號輕巡洋艦碰到了正在撤退的艦隻。為了防止羅斯托克號被俘,德國人在艦上設定了鑿沉藥引並撤離船員,然後再向這艘失效的巡洋艦發射魚雷,以確保其沉沒。
卡爾斯魯厄級小巡洋艦()是德意志帝國海軍於第一次世界大戰開始前建造的兩艘小巡洋艦的船級。該船級由首艦卡爾斯魯厄號和末艦羅斯托克號所共同組成。它們與前級馬格德堡級非常相似,裝備有同樣的武器和類似的裝甲保護,但比早期艦隻更大更快。兩艘同級艦均於1911年,並分別於1912年11月11日和12日、僅相隔一天。卡爾斯魯厄號於1914年1月加入公海艦隊服役,但其姊妹艦羅斯托克號的舾裝工期稍長,至一個月後才入役。