Бронирование получалось такой же толщины и протяженности, что и у предшественников. Только толщина лобовой брони и барбетов башен была увеличена соответственно увеличению артиллерии главного калибра. Примечательным стал отказ от обычного в немецком судостроении общего расположения скосов броневой палубы. Это относилось к району цитадели, чтобы облегчить погрузку угля, а не к корме корабля.
Главный броневой пояс из крупповской цементированной 300-мм брони начинался за 3 м до башни “А” и заходил на 3 м за башню “Д”, суживаясь до 150 мм у нижней кромки в 1,7 м ниже главной ватерлинии и до 240 мм у верхней палубы и оканчиваясь 250-200-мм поперечными переборками. В носовой и кормовой оконечностях главный броневой пояс не достигал верхней палубы и соответственно имел толщину 120 мм, не доходя 21 м от форштевня, продолжаясь далее толщиной 30 мм до самого форштевня и толщи ной 100 мм, не доходя 11 м до ахтерштевня, где оканчивался поперечными переборками – в носовой части толщиной 120 мм, в кормовой – 100 мм.
Башни имели толщину лобовой части 320 мм, боковых стенок 200 мм, задней стенки 215 мм, наклонной части крыши 180 мм и плоской части крыши 110 мм, за исключением “Эрзац Блюхер” (“Граф Шпее”), у которого толщина лобовой части составляла 300 мм, боковых стенок 200 мм, задней стенки 210 мм, наклонной части крыши 150 мм и плоской части крыши 100 мм. Барбеты башен главного калибра имели толщину стенки 290 мм, уменьшаясь до 120 мм (“Эрзац А” (“Эрзац Фридрих Карл”) – 150 мм) за броневым поясом батареи и до 90 мм за главным броневым поясом и бронированными переборками.
Толщина бронирования батареи среднего калибра составляла 150 мм. Между орудиями имелись переборки, а за ними защитные экраны толщиной 20 мм. Бронирование передней боевой рубки было выполнено толщиной 350-300 мм, ее основания 200 мм и крыши 150-100 мм, задней боевой рубки соответственно 200 мм и крыши 80 мм.
Бронированная палуба была на уровне главной палубы в середине корабля и не выходила за пределы противоторпедной переборки, поэтому здесь у нее не было скосов. Она имела толщину 30 мм, увеличиваясь до 60 мм над погребами боезапаса, в то время как в носовой части она имела толщину 50 мм у нижней кромки броневого пояса и от 80 до 110 мм в кормовой части немного выше ватерлинии у его верхней части.
Верхняя палуба имела толщину 25 мм над главным броневым поясом за пределами площади батареи, 50-30 мм над батареей 150-мм орудий и 25 мм ближе к диаметральной плоскости корабля.
Толщина противоторпедной переборки составляла 50 мм, увеличиваясь до 60 мм в районах от башни “А” до башни “В” и от “С” до “Д” и продолжаясь в виде противоосколочной переборки толщиной 30 мм до верхней палубы.
По сравнению с кораблями более ранней постройки, количество котельных установок на жидком топливе значительно увеличилось. Первоначально на “Макензене” в котельных отделениях должны были установить 4 двусторонних нефтяных котла и 12 односторонних котлов угольного отопления. Доля котлов нефтяного отопления составляла 40%.
Позднее военно-морское командование потребовало дальнейшего увеличения доли котлов нефтяного отопления. Это можно было сделать без каких- либо трудностей в машиностроении и кораблестроении, но департамент “К” отклонил это, мотивируя тем, что, “…пока командование флота не сможет составить себе определенного мнения об испытаниях котлов нефтяного отопления на кораблях типа “Кениг” и “Дерфлингер”, будет трудно объективно оценить их преимущества и недостатки”. Уже после завершения проектных работ наметили другой путь реконструкции котельного отделения.
Пять котельных отделений должны были разделить так, чтобы вместо двух котлов по мере необходимости стояли рядом друг с другом четыре, а всего предполагалось иметь в наличии 8 двухсторонних нефтяных котлов и 24 односторонних угольных котла типа Шульце-Торникрофта (немецкий военно-морской тип). Таким образом, в котельных отделениях имелось в общей сложности 32 котла, что было значительно больше, чем на кораблях предыдущих проектов.
Это соответствовало намерениям морского ведомства иметь много небольших котлов, чтобы обеспечивать более равномерное производство пара, а также чистку топок. Отрицательной стороной этого было повышение веса котельной установки и усложнение ее из-за увеличенного количества трубопроводов и клапанов.
Бортовые угольные ямы во внутреннем коффердаме были расположены только рядом с котельными отделениями. В районе машинного отделения и погребов боезапаса внутренний коффердам служил в качестве цистерн для нефти, поскольку иным способом такое количество нефти (2 000 т) не размещалось. В этом же районе для замены “защитного эквивалента” угля толщину противоторпедной переборки увеличили с 50 до 60 мм.