Сравнивая бронирование броненосцев французской и английской судостроительных школ, можно сделать вывод, что англичане подходили к проблеме защиты более дифференцированно. В центральной части корпуса по ватерлинии пояс имел максимальную толщину и заканчивался бронированной траверзной переборкой, оставляя оконечности незащищенными. Французы отдавали предпочтение сплошному поясу, естественно, меньшей толщины в центре. В этом случае пояс гарантировал защиту от неприятельских снарядов по всей ватерлинии, поскольку французы небезосновательно считали, что даже разделение незащищенных оконечностей на большое число отсеков не может защитить корабль от потопления: тонкие переборки будут легко деформироваться при попаданиях и терять водонепроницаемость. Кроме того, появление в конце 1880-х годов снарядов, начиненных сильнодействующим взрывчатым веществом [типа мелинита или робурита], поставило лишенный брони борт в критическое положение, а ведь даже самая примитивная защита была в состоянии вызвать преждевременный разрыв такого снаряда до проникновения его а корпус корабля.
Общая масса броневой защиты, включая деревянную подкладку, составляла 2719 т.
Главная защита броненосца, массой 1 094 т, состояла из сравнительно узкого броневого пояса, шириной всего около 2,1 м, из которых 0,6 м находилось над ватерлинией. Броневые плиты но верхней кромке в центре имели толщину 450 мм, уменьшаясь к оконечностям до 300 мм. Недостатком этой броневой защиты можно считать ее недостаточную ширину, особенно над ватерлинией: даже при небольших боевых повреждениях, кок, впрочем, и при перегрузке, полностью уходил в воду, делая борт совершенно незащищенным.
Вся броня поставлялся заводом "Schneider" в Крезо, руководство которого, как оказалось, неверно интерпретировало условия заключенного контракта, в частности, того пункта, который определял сроки поставки. Из-за этого верфь "Forges el Chantiers de la Mediferrane'e" не смогла выдержать заданные темпы строительства, и только вмешательство инспектора-наблюдателя дона П.Серверы, лично съездившего на завод Schneider, позволило урегулировать конфликт. Броненосец спустили на воду без брони, поэтому уже в ходе достройки на плаву его пришлось вводить в док. Все эти проволочки оттянули срок выхода "Pelayo" на испытания до августа 1888 года.
Справедливости ради следует отметить, что качество броневых плит оказалось выше всяких похвал. В ходе полигонных испытаний в окрестностях Лориена (под Гавром] 10 января 1 888 года в присутствии испанской комиссии каждая из выбранных для пробы плит выдержала по три выстрела 270-мм снарядами (масса 216 кг, начальная скорость 437 м/с). Во всех случаях снаряды разбивались, засев головной частью в плитах, в то время как сами плиты получали лишь легкие несквозные трещины.
Карапасная броневая палуба настилалась из трех слоев стольных листов так, что суммарная толщина защиты над жизненно важными частями составляла 70 мм, в остальных местах - 50 мм. Кромка броневой палубы соприкасалась с нижней кромкой броневого пояса. Для лучшей непотопляемости палуба выполнялась водонепроницаемой, и число люков и отверстий в ней было весьма ограничено, кроме того, все они были окружены бронированными комингсами и гласисами толщиной 300 мм. Два из них, высотой около 1 м, окружали дымовые трубы, а остальные, высотой 0,6 м, - люки.
По проекту корабль не имел бронирования казематов артиллерии среднего калибра. Лишь после проведенной в 1896-1898 годах модернизации, когда старые котлы заменили новыми, более легкими, получившуюся экономию водоизмещения использовали на бронирование казематов. Батарей прикрывалась с бортов 75-мм броней, а с носа и кормы - 75-мм траверзами.
Наиболее противоречивая информация встречается по бронированию рубки. Так, справочник Веера за 191 2 и 1916 годы сообщает о 150-мм бронировании, Конвей - о 1 55-мм, ряд других справочников о 200-мм, еще ряд авторов указывает но отсутствие бронирования. В архивных документах завода-изготовителя значится, что рубку "Pelayo" прикрывало 150-мм броня.
