Основной защитой крейсера являлась броневая палуба, имевшая форму панциря черепахи (отсюда ее название - карапасная) и накрывавшая жизненно важные части корабля. Горизонтальный участок палубы возвышался над ватерлинией на 75 см, отходящие от него скосы под углом 34° опускались к бортам под ватерлинию на 135 см. Отдельные броневые плиты укладывались на водонепроницаемую рубашку из судостроительной стали, склепанную на пазовых и стыковых планках вгладь, и крепились болтами. Общая толщина горизонтальной брони составила 35 мм, а скосов - 70 мм. На Ижорских заводах были прокатаны плиты из экстрамягкой никелевой стали, которая при попадании снаряда под небольшим углом, не раскалываясь, образовывала ложкообразную впадину. Большой проем над машинным отделением, занимаемый световым люком, во время боя закрывался броневой плитой, по краю которой оставлялся зазор для выхода пара. Боевая рубка, овальная в плане, имела бруствер переменной толщины от 140 мм в носу до 90 мм в корме; открытый проем в корме перекрывался траверсом - вертикальной стенкой. Крыша, выполненная из немагнитной стали с загнутыми вниз краями, свисала над 300-мм амбразурами и, как выявилось уже в ходе войны, прекрасно отражала внутрь рубки все осколки. Из рубки в центральный пост шла стальная труба со стенками из 70-мм стали, в которой помещались приводы руля и средства связи.
Выходы дымовых труб, а также все 12 элеваторов подачи боеприпасов были забронированы. Для четырех 152-мм орудий имелись казематы со стенками толщиной 25 - 80 мм и укрепленными на последних башенноподобными щитами. Толщина вертикальных стенок орудийных башен - 125 - 90 мм. Крыша башен изготавливалась из мягкой брони, поэтому противоосколочная подшивка была упразднена, а высота башни уменьшена. В основном применялась крупповская цементированная сталь; общий вес брони - около 850 т.
Характерным недостатком российской системы бронирования кораблей была недооценка опасности осколков - отсюда большие амбразуры в рубках и башнях, в которые залетали не только осколки, но и целые снаряды.
