Мощное бронирование стало наиболее сильной стороной проекта крейсеров типа "Зара" и делало их кораблями, нетипичными для итальянской кораблестроительной школы, которая еще со второй половины XIX века характеризовалась принесением защиты в жертву скоростным качествам. Среди "вашингтонских" крейсеров по уровню защищенности им не было равных.
Система бронирования была поистине "линкорной", но в то же время достаточно простой по конструкции. Броневая цитадель простиралась на 91 м (половину длины корабля), прикрывая пространство между концевыми башнями главного калибра - от 42-го до 133-го шп. (в итальянском флоте нумерация шпангоутов велась с кормы). Главный пояс длиной 88 м собирался из 15 броневых плит размерами 6 - 5 м и при нормальном водоизмещении уходил под воду на 1,5 м. Толщина пояса - 150 мм, с постепенным уменьшением до 100 мм в нижней трети. Верхняя кромка находилась на уровне главной палубы. Пояс замыкался траверсами, состоявшими из 8 плит переменной толщины: 120 мм - выше ватерлинии и 90 мм - ниже нее.
Под стать вертикальной была горизонтальная защита. Плоская главная бронепалуба опиралась на верхнюю кромку пояса. Над погребами и отсеками энергетической установки она имела толщину 70 мм, а у бортов, над отсеками второго дна, утончалась до 65 мм.
Выше главного располагался второй пояс, толщиной 30 мм, состоявший из 10 длинных (по 9 м) плит. Помимо этого, верхняя палуба в районе цитадели имела 20-мм бронирование для сдирания бронебойных колпачков. Таким образом, над главной находилась как бы вторая цитадель, равная по прикрываемому пространству, но существенно меньшей толщины.
Хорошо защищалась артиллерия главного калибра: максимальная толщина лобовых плит башен - 150 мм, боковых - 75 мм, плоской части крыши - 70 мм. Барбеты состояли как бы из двух труб (у башни №2 - из трех): над верхней палубой они имели толщину 150 мм, между верхней и главной палубами - 140 мм, ниже главной палубы - 120 мм. По периметру барбета толщина была равномерной.
Боевая рубка цилиндрической формы внутренним диаметром 3,3 м защищалась 150-мм броней по периметру, 80-мм - сверху, 70-мм - снизу. Над ней размещался вращающийся бронированный командно-дальномерный пост главного калибра, имевший внутренний диаметр 3,5 м, 130-мм броню по периметру, 100-мм - сверху и 15-мм - снизу. Вниз от боевой рубки шла бронированная передаточная труба, соединяющая ее с постом управления огнем, расположенным на средней палубе. Ее толщина составляла 120 мм над верхней палубой и 100 мм под ней.
Отсек рулевой машины (между 6-м и 27-м шп.) выполнялся в виде бронированной "коробки", защищенной сверху 30-мм броней, с боков и снизу - 20-мм.
В целом бронирование жизненно важных частей крейсеров типа "Зара" могло противостоять 8-дюймовым бронебойным снарядам британских тяжелых крейсеров в диапазоне боевых дистанций от 65 до 125 кбт. Вся броня общим весом 2688 т, что в три раза превышало аналогичный показатель "Тренто" (888 т), изготавливалась из хромоникелевой стали производства компании "Терни".
