Бронирование
Отсутствие надежной защиты являлось наиболее характерной особенностью проекта этих кораблей. Главный броневой пояс состоял из полос двух разных толщин (190 и 90 мм), как и на предыдущих германских проектах. Палубы же бронировались слабее, чем на предшественниках. Начиная от противоторпедной переборки (ПТП) нижняя броневая палуба к бортам имела скос (80 мм на протяжении всей цитадели), что давало дополнительную защиту от попавших в район ватерлинии снарядов. В кормовой части нижняя бронепалуба имела продолжение для защиты отделения рулевых машин и валов. Из-за экономии веса ближние к бортам части кормовой бронепалубы загнули еще больше и их толщину довели до 110 мм.
Германские конструкторы остались верны концепции мощной защиты боевых рубок. Даже на этих облегченных кораблях носовая (она же главная) рубка имела 200-мм стены, 80-мм крышу и 20-мм палубу, колодец связи — 80-мм. Кроме этой рубки в башеннообразной надстройке бронировался только пост управления стрельбой — 30-мм стены и палуба, 20-мм крыша. Кормовая рубка имела 50-мм стены и 30-мм крышу.
Как и "Бисмарк”, эти корабли имели три траверзные броневые переборки и 14-мм продольную переборку между дизельными отделениями. Такие переборки должны были останавливать осколки взорвавшихся в пределах этих отделений снарядов.
Из-за ограниченного водоизмещения и наличия большой площади не защищенного броней борта главные поперечные водонепроницаемые переборки на этих кораблях доходили до уровня верхней палубы. Этим собирались воспрепятствовать чрезмерному дифференту на нос и сопутствующей ему потере скорости при попаданиях снарядов в носовую оконечность. По этой же причине обычную стальную обшивку борта перед цитаделью заменили на 60-мм противоосколочный пояс из нецементированной брони.
На всех германских кораблях предвоенной постройки башни ГК бронировались очень сильно. На крейсерах типа "О" лобовая броня башен должна была быть 220 мм, стены и задняя плита — 180 мм, крыша — 50 мм. Тем не менее такая броня существенно уступала броне "Бисмарка" и была уязвима для снарядов крупного калибра и бронебойных бомб. Толщину кормовой полуокружности барбета башни "С", куда из-за близкого расположения башни к кормовому броневому траверзу прямые попадания считались маловероятны, ограничили 80 мм. Чтобы предотвратить пожары в погребах боезапаса, как это имело место на "Зейдлице" в бою при Доггер-банке в 1915 году, немцы провели большие исследования проектов башенных барбетов. Система перегрузки боезапаса на крейсерах типа "О" была очень тщательно продумана. Башни же 150-мм артиллерии имели со всех сторон лишь противоосколочную 14-мм броню, и такая экономия вызывалась желанием усилить бронирование других частей корабля.
Противоторпедная защита (ПТЗ) в принципе повторяла защиту предыдущих германских кораблей, но имела меньшую глубину. Особенно трудно было разместить ПТЗ в кормовой части корпуса, где обводы для обеспечения требуемой высокой скорости резко заострялись. Коэффициент полноты корпуса равнялся 0,512 вместо 0,554 на "Шарнхорсте", и защита - оконечностей цитадели оказалась хуже. Глубина ПТЗ на половине осадки в районе кормовой башни "С" составляла всего 1,0 м, в районе башен "А" и "B" — соответственно 1,8 и 2,6 м, и только в средней части корпуса она доходила до 4,2 м. Общая толщина переборок в районах башен равнялась 68 мм, а в средней части 51 мм. Противоторпедная переборка делалась из 45-мм нецементированной брони (60 мм в районе погребов ҐК), достаточно пластичной, чтобы поглотить часть энергии подводного взрыва. Как и на линкорах типа "Н", конструкция ПТП сварная.
Вследствие слабого бронирования и недостаточной ПТЗ, много внимания пришлось уделить вопросам остойчивости и хорошему разделению на отсеки. Как и все другие германские капитальные корабли того периода, крейсера тина "О" проектировались так, чтобы выдерживать затопление двух соседних отсеков в средней части и трех в оконечностях, водонепроницаемые переборки делили корпус на 18 отсеков (на "Шарнхорсте" и типе "Н" их было по 21, на "Бисмарке” — 22). Чтобы увеличить запас плавучести, германские конструкторы впервые в своих проектах использовали материал "Ebonite Mousse", представлявший собой вулканизированную пенистую резину, разработанную французами, с очень малым удельным весом. Этим материалом хотели заполнить все пустые пространства внутри броневой цитадели. Использование этого материала давало бы неповрежденному кораблю дополнительный вес в 150—200 т, но для поврежденного корабля при затоплении заполненных пенистой резиной отсеков устранялся риск потери плавучести. Кроме того, повышалась бы и сопротивляемость системы ПТЗ, которая в результате получилась бы более эффективной, чем на кораблях типа "Шарнхорст".
