Конструкция ПКЗ (протяженность 61,4 % длины корабля по КВЛ) относилась к так называемому американскому типу и была разработана ЦКБ-17 в соответствии с рекомендациями комиссии В.И. Першина. В целях определения ее сопротивляемости взрыву, а также выявления и устранения конструктивных дефектов, приказом НКСП и НКВМФ от 27 апреля 1940 года ЦНИИ-45 предписывалось выполнить соответствующую опытную работу. В Севастополе на заводе № 201 изготовили четыре опытных отсека в масштабе 1:5, воспроизводящих конструкции наиболее характерных участков ПКЗ проекта 69. Испытания, проводившиеся с июля 1940 по февраль 1941 года, позволили установить, что принятая конструкция ПКЗ выдерживает контактный взрыв 550-кг заряда в средней части корабля и 400-кг в оконечностях. Эти значения были сочтены для строящихся кораблей приемлемыми, поэтому вносить какие-либо серьезные изменения в конструкции их бортовой подводной защиты (толщины продольных переборок, считая от борта, 7+16+14+18+10 мм) не рекомендовалось.
ГЭУ корабля включала три ГТЗА мощностью по 70 000 л.с. (максимальная — 77 000 л.с.) и шесть водотрубных котлов па-ропроизводительностью по 90 т/ч (максимальная 95 т/ч), вырабатывавших пар давлением 37 кг/см2 при температуре 380 °C. ГТЗА крейсера были унифицированы с агрегатами линкора проекта 23. Испарительная установка предусматривалась в составе двух аппаратов (общая производительность 240 т/сут). ГЭУ размещалась эше-лонно в трех ТО и шести КО, при этом 1-е и 2-е ТО находились в одном отсеке, разделенном продольной переборкой и расположенном в корму от 3-го КО. Управление ГЭУ должно было быть дистанционным из специально оборудованных герметических кабин, однако предусматривалось и местное управление.
Корабль должен был иметь скорость полного хода 32 уз (при мощности на валах 210 000 л.с.) и максимального 33 уз (при мощности 231000 л, с). Дальность плавания технико-экономическим ходом (16,5 уз) составляла 6900 миль. Трехлопастные гребные винты имели диаметр 5,0 м (бортовые) и 4,8 м (средний).
Электроэнергетическая система корабля должна была работать на смешанном постоянном и переменном токе напряжением 230 В. Предусматривалось четыре турбогенератора мощностью по 1200 кВт и четыре дизель-генератора по 650 кВт, которые были размещены в четырех электростанциях: турбогенераторные находились в цитадели, а две дизельные — в нос и в корму от нее.
Корабль имел гладкопалубный корпус, слегка разваленные борта и були в средней части корпуса. Имелись три непрерывных по всей длине палубы (верхняя, средняя и нижняя), а также две платформы. Надстройка предусматривалась двухъярусной, башенноподобная фок-мачта имела семь ярусов. Корпус корабля представлял собой клепаную конструкцию, изготовлявшуюся из тех же материалов, что и корпус линкора проекта 23. Два полубалансирных руля, установленные за бортовыми гребными винтами, обеспечивали на полном ходу при полной перекладке руля диаметр циркуляции, равный пяти длинам корпуса корабля.
По результатам разработки технического проекта величина стандартного водоизмещения корабля (35 240 т) несколько превысила заданную КО при утверждении эскизного проекта.
При всех состояниях нагрузки корабль имел некоторый дифферент на корму; при водоизмещениях от стандартного до полного поперечная метацентрическая высота находилась в пределах от 1,66 м до 1,74 м, а период бортовой качки составлял 14,6— 13,7 с соответственно.
В соответствии с техническим проектом экипаж корабля должен был включать 1406 человек: 125 командиров и лиц начальствующего состава, 93 младших командира (мичмана и главстаршины) и 1188 краснофлотцев и старшин (в дальнейшем экипаж был увеличен до 1837 человек). Командный состав размещался в одно-, двух- и четырехместных каютах на средней палубе, а также на 2-м ярусе надстройки; старшинский и рядовой состав — в оборудованных стационарными койками кубриках на 16–52 человека. Автономность корабля по запасам провизии составляла 20 суток.
КО разрешил продолжать постройку тяжелых крейсеров по утвержденному техническому проекту, одновременно предупредив наркоматы судостроительной промышленности и ВМФ о недопустимости превышения установленного водоизмещения, и предложил обеспечить в ходе выпуска рабочих чертежей и строительства кораблей точное соблюдение принятого задания.
С утверждением технического проекта 69 проектирование не завершилось. Формирование корпусов крейсеров на стапелях обоих заводов-строителей велось параллельно с разработкой для них вооружения и оборудования, которая серьезно отставала от запланированных сроков. Задержки с производством вооружения и необходимость обеспечения строительства крейсеров в установленные сроки вынудили командование ВМФ и руководство НКСП рассмотреть предложение германской фирмы «Крупп» о поставке для них башен ГК с 380-мм орудиями.