Результаты этих испытаний, проведенных комиссией капитана 2 ранга Лундышева, позволили выбрать для дальнейшей отработки две наиболее эффективные системы БКПЗ: американскую типа примененной на линкоре «Вест-Вирджиния» и итальянскую типа «Пульезе-Литторио». Базируясь на этих результатах, в феврале 1938 года В.И. Першин и А.П. Шершов вступили с предложениями о замене на корабле проекта 23 итальянской системы на американскую, считая ее более предпочтительной как по сопротивляемости взрыву, так и по конструктивным и эксплуатационным качествам. Эти предложения, однако, не были приняты из-за опасений, что столь крупная переделка проекта 23 отодвинет срок закладки корабля. Решение этого вопроса было отложено до корректировки проекта 23 для линкоров второй серии.
Вторая серия опытов проводилась с 1938 года в Севастополе комиссией под председательством В.И. Першина. Целью испытаний явилась окончательная отработка для линкоров проекта 23 конструкций БКПЗ и сравнение американской и итальянской систем для принятия решения о выборе типа подводной защиты для линкоров проекта 23 второй серии. Было испытано 27 масштабных (1:5) и два натурных отсека.
Комиссия заключила, что предельным для принятой в проекте 23 системы БКПЗ (после устранения всех замеченных ее недостатков и правильном конструктивном исполнении) является взрыв заряда в 750 кг. В окончательном виде БКПЗ имела протяженность 60 % длины корабля по КВЛ. На большей части длины ее глубина составляла не менее 7,5 м (на миделе — 8,2 м) и лишь у носового траверза цитадели (64 шп.) уменьшилась до 7,1 м. В кормовой части цитадели по конструктивным соображениям (невозможность реализации системы с воздушным цилиндром из-за формы кормовых обводов) вместо итальянской системы применена американская с четырьмя продольными переборками. Этот участок (от 154 до 170 шп.) имел протяженность около 25 м. Подобная конструкция предусматривалась и на протяжении двух шпаций (62–64 шп.) в носовой части цитадели.
Основная защитная преграда — 35-мм полуцилиндрическая переборка выполнялась из гомогенной брони (предел прочности 75 кг/мм2, предел текучести 55 кг/мм2, относительное удлинение 17 %) и при поглощении энергии взрыва должна была работать на растяжение подобно обшивке цилиндрического котла. Прочие элементы защиты — 7-мм второй борт и стенки воздушного цилиндра, а также 10-мм фильтрационная переборка — выполнялись, как и другие корпусные конструкции, из марганцевой стали ЗОГ.
ГЭУ корабля включала три главных турбозубчатых агрегата (ГТЗА) мощностью по 67 000 л.с. (максимальная 77 000 л.с.) и шесть водотрубных котлов паропроизводительностью по 162 т/ч (максимальная 185 т/ч), вырабатывавших пар давлением 37 кг/см2 при температуре 370 °C. ГТЗА линкора были унифицированы с агрегатами тяжелого крейсера проекта 69. Вспомогательная котельная установка состояла из трех котлов паропроизводительностью по 25 т/ч. Испарительная установка предусматривалась в составе четырех аппаратов (общая производительность 230 т/сут), один из которых использовался в качестве опреснителя.
ГЭУ размещалась эшелонно в трех турбинных (ТО) и трех котельных (КО) отделениях, при этом 1-е и 2-е ТО находились в одном отсеке, разделенном двумя продольными переборками и расположенном в нос от 1-го КО, что предопределило весьма значительную длину гребных валов (106 м у бортовых, 79 м у среднего). Управление ГЭУ должно было быть дистанционным из специально оборудованных герметических кабин, однако предусматривалось и местное управление.
Корабль должен был иметь скорость полного хода 28 узлов (при мощности на валах 201 000 л.с.) и максимального 29 уз (при мощности 231 000 л. с). Трехлопастные гребные винты имели диаметр 5,0 м (бортовые) и 4,8 м (средний).
Полученная в окончательном техническом проекте 1938 года дальность плавания технико-экономическим ходом (14,5 узлов) 5580 миль при полном запасе котельного топлива в 5280 т была зафиксирована в постановлении правительства об утверждении проекта от 13 июля 1939 года. Между тем, в случае полного заполнения топливных цистерн, что соответствовало наибольшему водоизмещению, в них вмещалось 6542 т мазута. Такой запас обеспечивал дальность плавания 14,5-узловым ходом до 7260 миль в зимний период и 7680 миль — в летний, поскольку при низких температурах расходы топлива возрастали.
Менее чем через полгода после утверждения проекта УК ВМФ сообщило ЦКБ-4, что во изменение постановления правительства от 13 июля 1939 года «район плавания» корабля увеличен до 7200 миль (что соответствовало расчетной дальности плавания при запасе котельного топлива 6400 т).