Krążownik był uzbrojony w osiem dział 15 cm SK L/45 na pojedynczych podstawach. Dwa działa były umieszczone obok siebie na pokładzie nadbudówki dziobowej (co odróżniało go od pozostałych jednostek typu), cztery były ulokowane na śródokręciu – po dwa na burcie, dwa w superpozycji na rufie. Działa te strzelały pociskami o wadze 45,3 kg z prędkością wylotową 820 m/s. Przy maksymalnym kącie podniesienia 30° miały donośność 17 600 m. Zapas amunicji wynosił 1040 pocisków, po 130 na działo. „Cöln” był także uzbrojony w trzy działa przeciwlotnicze 8,8 cm L/45 zamontowane na śródokręciu za kominami, jedno z nich zostało zdemontowane w 1918 roku. Uzbrojenie jednostki uzupełniały cztery (po dwie na burcie) zainstalowane na pokładzie na śródokręciu pojedyncze obrotowe wyrzutnie torpedowe kal. 60 cm z zapasem ośmiu torped. Okręt mógł także przewozić do 200 (według innego źródła 120) min morskich. Krążownik był zabezpieczony burtowym pasem pancernym o grubości 60 mm na śródokręciu. miała ściany pancerne o grubości 100 mm. Płyty pokładu pancernego miały grubość 60 mm.