Бронирование крупных боевых кораблей германского военно-морского флота существенно различалось между собой. Например, броненосцы типа "Баден" имели так называемую бронированную цитадель и расположенную ниже ватерлинии броневую палубу. При этой системе бронирования борта корабля оставались не полностью прикрытыми броней, чтобы использовать необходимый вес для толстой брони высокой цитадели, которая прикрывала в середине корабля орудия, погреба боеприпасов, котельную и машинную установки. Для защиты жизненно важных частей корабля пришлось смириться с возможностью разрушения и затопления оконечностей корпуса в результате попаданий в них снарядов.
Однако, теоретическое обоснование, что корабль, в крайнем случае, может плавать "на одной цитадели", оказалось крайне сомнительным и довольно спорным аргументом. На броненосцах типа "Бранден-бург" подобную цитадель не создали, поскольку это трудно было сделать из-за далеко расположенных друг от друга трёх башен главного калибра. В основном же, бронирование сконцентрировали по конструктивной ватерлинии, предусмотрев для этого узкий броневой пояс переменной толщины который простирался по всей ватерлинии. Кроме того, он защищал помещения артиллерии, погребов боезапаса и места подачи боеприпасов.
Бортовое бронирование в районе конструктивной ватерлинии включало два главных броневых пояса (выше и ниже конструктивной ватерлинии). Главные броневые пояса являлись основной частью бортовой защиты. Они были предназначены для защиты подводной части корабля.
В связи с этим высказывались критические замечания, что у броненосцев этого типа большая часть поверхности надводного борта осталась незащищенной. Несомненно, имелась опасность того, что в бою вследствие волнения моря и перекатывающихся через палубу волн через пробоины и разрушения корабль будет залит сверху. Это могло вызвать сомнения в эффективности толстых, но достаточно узких броневых поясов. При волнении моря во время килевой и, особенно, бортовой качки верхняя или нижняя кромки узких броневых поясов так близко будут подходить к поверхности воды, что пояса уже не смогут служить защитой. Подобное в истории ещё будет встречаться. Например, несмотря на более совершенное бортовое бронирование линкора "Бисмарк" в бою с "Принс-оф-Уэльсом" 24 мая 1941 г. снаряд последнего попал в его корпус под броневой пояс.
В качестве критерия качества бортовой защиты часто используют угол крена, при котором верхняя или нижняя кромки броневого пояса уходят под воду. Этот угол составлял, когда горизонт воды покрывал половину высоты броневых поясов, для броненосца "Бранденбург" только 7,3°, для линкора "Шарнхорст" (1934 г.) не более 8,9°. Если рассматривать это как условие защиты ватерлинии, то, таким образом, реально теряется смысл иметь броневой пояс толще на 20-50 мм в условиях войны или по сравнению с другим вновь построенным кораблем. Даже совершенно неповреждённый корабль получает крен от 4 до 8°, если при большой скорости резко совершит поворот.
При проектировании броненосцев типа "Бранденбург" полагали, как это делали и в других морских державах, что нужно установить главный броневой пояс такой толщины, чтобы он мог выдерживать попадание снарядов любых существующих в то время калибров. Принимая во внимание имеющийся в распоряжении кораблестроителей ограниченный вес брони, пояс должен иметь такие размеры, чтобы можно было применить броню максимальной толщиной в 400 мм. На броненосных кораблях более ранней постройки для бронирования использовали мягкое прокатанное (вальцованное) железо большой толщины. Из-за низкой прочности в 70-е годы его заменили в одних случаях твёрдой прокатанной сталью, а в других так называемой броней-компаунд (сталежелезной броней).
Первый из названных материалов имел недостатком повышенную хрупкость, вследствие чего плиты из него при попадании снарядов легко трескались. Напротив, броня-компаунд соединяла в себе лучшие качества ковкого железа и стали. На плиту из ковкого пластичного железа наваривали или же, соответственно, разливали слой стали, так что твёрдая наружная поверхность или отражала, или разрушала снаряд, а мягкая внутренняя часть проявляла повышенную эластичность. Но всё же броня-компаунд не имела свойств позднее появившейся цементированной брони, которую в 1890 г. создал в Германии Крупп (броня Круппа), а в Англии Гарвей.
В проекте броненосцев типа "Бранденбург" заложили броню-компаунд. Но уже во время постройки её частично заменили новой цементированной броней Круппа. В результате из брони-компаунд изготовили: на броненосце "Бранденбург" барбеты башен "А" и "В", на броненосце "Вейсенбург" барбеты башен "А" и "С", на броненосцах "Курфюрст Фридрих Вильгельм" и "Вёрт" оба главных броневых пояса по конструктивной ватерлинии.
Главный броневой пояс выше конструктивной ватерлинии от кормы к носу имел переменную толщину 300-350-400-350-300 мм, ниже конструктивной ватерлинии 180-200-180 мм при общей ширине всего 2,5 м. Оба пояса установили на 200-мм прокладке из тикового дерева, причём общая толщина брони и прокладки доходила до 600 мм. В носовой части поясную броню для большей прочности соединили с тараном.
На броненосцах "Бранденбург" и "Вейсенбург" оба главных броневых пояса и остальные барбеты на всех кораблях изготовили из крупповской цементированной брони. Таким образом, благодаря применению крупповской цементированной брони толщина главного броневого пояса по конструктивной ватерлинии уменьшилась с 400 до 225 мм. В этом случае, экономия в весе брони приводила либо к уменьшению водоизмещения, либо к увеличению площади бронирования. Исходя из заданных условий, появилась возможность использовать большую часть водоизмещения на бронирование, а не на вооружение. Распределение веса брони, артиллерии и боеприпасов имело следующее соотношение. Вес броневой защиты корабля составлял 3174 т или 31,7% нормального водоизмещения, артиллерии и боеприпасов 1151 т или 11,5%.
Небронированные части борта защитили проходящей ниже ватерлинии бронированной палубой, коффердамами (узкими боковыми проходами) и угольными ямами, а также пробкой и частыми водонепроницаемыми переборками.
Между промежуточной палубой и расположенной ниже палубной платформой за главными броневыми поясами на протяжении IV-VII отсеков с каждого борта расположили два достаточно широких коффердама, внешний и внутреннй. Они служили камерой расширения при взрыве пробивших главные броневые пояса крупных снарядов, а их стенки в качестве противоосколочных переборок. Эти переборки дополняли бортовую броню и защищали внутренние части корабля от давления газов и действия осколков. Между внутренними коффердамами и котельными отделениями, занимавшими VI и VII отсеки, расположили угольные ямы, дополнительно защищавшие от проникновения осколков.
Логическим дополнением системы бортового бронирования явилась установка сплошной 65-мм средней (бронированной) палубы, расположенной ниже верхней. Верхнюю и промежуточную палубы также сделали сплошной из стального листа толщиной 8-12 мм. Таким образом, средняя палуба являлась главной бронированной палубой корабля, прикрывающей котлы, машины, погреба боезапаса и торпедное вооружение. Для защиты от продольных попаданий снарядов в середину корабля в носовой и кормовой части установили поперечные переборки толщиной 50-120 мм (три слоя 40-мм стальных плит).
Артиллерию главного калибра прикрыли барбетами (внутренний диаметр 7200 мм), имевшими толщину бронированнной стенки 305 мм. Броню барбета установили на 210-мм прокладку из тикового дерева. Конструкция колпаков башен представляла собой оптимальное сочетание формы и размеров, имея толщину 300 мм в передней части, 203-мм боковых сторон и 70-мм крышу. Противоминную артиллерию калибра 105-мм прикрыли 76-мм броневыми плитами ограниченных размеров, а 88-мм небольшими 40-мм стальными плитами. Толщина стенки передней боевой рубки составляла 300 мм, её крыши 30 мм. Первоначально заднняя боевая рубка не была бронирована.
