設計改進
艦型
052D的基本船型與布局與052C相同，但細部構與裝備有相當顯著的變化。052D型的上層建築傾斜角度更大，提供了更好的隱身性能；此外，船樓兩側向內收縮的角度更大，艦橋正麵因而變窄，兩側安裝相控陣的斜麵部位變大。052D的後艦體輪廓與構型與052C基本相同，但尾部船樓結構有較為明顯的變化，首先機庫從左側移到中間的位置，兩側增設與054A類似的封閉式小艇容艙；而用來承載517HA雷達八木天線的後桅杆也往前移，這是因為其後與機庫之間的位置設置了一組垂直發射係統，因而將517HA雷達前移，遠離導彈噴焰。
噸位
噸位一直是052D型驅逐艦一個較有爭議的話題,在建造之初,網絡一度流傳052D型驅逐艦的排水量將達到萬噸,因為世界主流的驅逐艦\巡洋艦基本都在萬噸左右,如俄羅斯光榮級巡洋艦滿載排水量11200噸;美國提康徳羅加級巡洋艦滿載排水量9600噸,阿利·伯克Ⅱ級驅逐艦滿載排水量9300噸;日本金剛級驅逐艦滿載排水量9400噸,愛宕級驅逐艦滿載排水量10050噸;韓國世宗大王級驅逐艦滿載排水量11000噸.
在052D型驅逐艦正式服役之後,基本船型與布局與052C大體相同,因此排水量不可能與052C型驅逐艦相差太大,按中國官方正式公布的數據,052C型驅逐艦標準排水量為5980噸,滿載排水量6800噸,以此推論,052D型驅逐艦的最大排水量不會超過7500噸.大體應與英國45型驅逐艦、日本秋月級驅逐艦、法意地平線級、德國薩克森級處於同一水平.
雷達
052C型驅逐艦使用國產第一代"海之心"346型有源相控陣雷達,而052D型驅逐艦改用新型的346A型相控陣雷達，這種新相控陣在2012年6月首先在畢升號綜合試驗艦上曝光，雷達形狀趨近為正方形，麵積也更大,增大了天線麵積、可容納更多T/R單元，單個T/R單元發射功率增強，增加了雷達的功率,並取消了346型相控陣氣冷係統的弧形外罩，顯示中國已經發展出配合主動相控陣係統的液冷係統（在天線內部實施冷卻）,以適應整體發熱量的增加。,由於液冷係統的冷卻能力較大，加上天線陣麵加大，因此346A型相控陣的輸出功率與持續運作性能應優於346型雷達。按一般規律來判斷，相控陣雷達的界麵越大T/R單元越多越強,052D的雷達現在是世界上發射功率最大的量產化艦載雷達，如果在信號處理方麵沒有落後，那麼它的探測距離也將排在世界首位。
艦炮
052C型驅逐艦裝配的是一座H/PJ-87單管100mm55倍徑艦炮,052D型驅逐艦改換了H/PJ-38單管130mm70倍徑艦炮,這是中國參考俄羅斯AK-130130mm70倍徑艦炮而發展的國產版本。由鄭州機電工程研究所在2005年立項研製，生產工作由內蒙第二機械製造廠負責。原AK-130的130mm炮身采用雙向供彈，而中國版則為了減輕重量與簡化結構，改為單向供彈。為了節省重量，中國版130mm艦炮在不影響結構強度的前提下，大量使用鋁合金組件。中國版130mm艦炮的全炮重量在50噸左右，具有隱身外型的炮塔采用玻璃纖維製造。射程近30公裏，射速約40發/分鍾，特別是具備發射火箭增程製導炮彈的能力，射程過百公裏，在中國海軍的水麵艦艇中尚屬首次。H/PJ-38單管130mm70倍徑艦炮在052D上出現，意味著中國海軍將重拾艦炮對岸轟擊能力.
新型垂發
052D型驅逐艦的另一大改進是舍棄了052C的轉輪式紅旗9導彈專用垂直發射裝置，改用巧克力式方格狀型通用發射裝置，類似於美國MK-41垂直發射裝置,在艦橋前方配置四組八連裝垂直發射係統，而機庫結構則裝置另外四組八聯裝垂直發射係統，全艦8個發射裝置共64單元。
依照中國國防科學技術委員會在2006年12月15日頒布、2007年5月1日[052C/D艦首對比實施的國家軍用標準GJB5860-2006]，即“水麵艦艇導彈通用化垂直發射裝置通用要求”設計的第一種通用、冷熱共用艦載垂直發射器，能相容於冷發射的HHQ-9防空導彈以及其他冷/熱射彈種。通用垂發裝置帶來的最大好處是方便混裝多種不同用途的導彈，可以同時執行多種任務。而且052D垂發裝置單個單元的占地麵積要比美國MK-41垂直發射裝置大，這意味著其可以裝載直徑更大的導彈，這可以彌補國產導彈在小型化方麵不如美國產品的缺陷。另外，單個單元麵積較大，也將方便以後以"一坑四彈"的方式裝載新型中程艦空導彈。