Główne uzbrojenie okrętów stanowią pociski rakietowe przenoszone w łącznie 96 wyrzutniach pionowych Mk 41 VLS. Na pokładzie dziobowym znajduje się zespół 64 wyrzutni, a w nadbudowie rufowej zespół 32 wyrzutni. Podstawowym uzbrojeniem zintegrowanym z okrętami są rakiety przeciwlotnicze dalekiego zasięgu SM-2MR wersji RIM-66M-1 Block IIIB, o maksymalnym zasięgu 167 km i pułapie 24,4 km. Niszczyciele typu Atago dostosowano także do przenoszenia rakiet średniego/bliskiego zasięgu RIM-162 ESSM o zasięgu do 50 km, po cztery w jednej komorze. W związku z dostosowaniem okrętów do obrony antybalistycznej, wprowadzono następnie także rakiety antybalistyczne RIM-161 SM-3 wersji Block IA. Maksymalny zasięg pocisków SM-3 Block IA przeciw celom powietrznym oceniany jest na 700 km. Przewidywano uzbrojenie okrętów w rozwijane pod koniec lat 2010. pociski wersji SM-3 Block IIA. Ponadto na pokładzie pomiędzy kominami okręty mają dwie poczwórne wyrzutnie Mk 141 z ośmioma pociskami przeciwokrętowymi (Typ 90), stanowiącymi japońskie odpowiedniki pocisków Harpoon. Ich zasięg określany jest na 150–200 km, a głowica ma masę 260 kg. W przeciwieństwie do USA (i Korei Południowej), japońskie niszczyciele nie przenosiły pocisków manewrujących woda–ziemia. W 2024 roku Japonia jednak podpisała umowę na zakup pocisków RGM-109 Tomahawk Block V, do wystrzeliwania których mogą zostać dostosowane okręty.