Броневые плиты барбетов имели толщину, 203 мм, подкладка состояла из 203-мм вертикальных лиственничных брусьев. По другим данным, 203-мм толщину имели только наружные плиты бортовых барбетов, а остальные были 1 78 мм. Бортовые барбеты доходили до батарейной палубы и крепились к усиленному 25,4-мм настилу, а концевые по проекту имели высоту 2,135 м и поддерживались броневыми стойками из угловой стали размером 178x76x21 и 88x64x11 мм, которые упирались в карапасную бронепалубу. На их нижней кромке имелся внутренний водонепроницаемый настил из 12,7-мм стальных листов для поддержки роульсов и поворотной платформы. Но затем броневые кольца концевых барбетов также опустили до батарейной палубы. Каждый барбет имел внутренний диаметр около 6,5 м (между броней и подкладкой) и выступал над верхней палубой на 0,46 м. Внутри вращалась платформа с орудиями, которые защищались легкой круговой конструкцией в виде башни диаметром около 5,7 м со смотровыми щелями по всей окружности (толщина стен 19 мм, крыши 12,7 мм). В кольцевом пространстве между свесом крыши (диаметр крыши 6,9 м) и броней барбета располагался прикрепленный к стенкам башни карман для коек экипажа, доходивший до смотровых щелей. Свернутые в тугие коконы койки с пробковыми матрасами давали дополнительную противоосколочную защиту орудийной прислуге. В процессе постройки концевые установки ГК получили на крышу командирскую башенку, а для бортовых такие башенки установили неподвижно на навесном мостике.

Все броневые плиты так называемой брони компаунд (сталежелезная) изготавливались на Ижорском заводе по технологии английского завода Кэммел из Шеффилда. Люк под дымовой трубой и другие люки в пределах цитадели закрывались броневыми решетками из полос железа размером 203x16 мм, установленных на ребро с шагом 64 мм. Остальная броневая защита состояла из двухслойной карапасной (сводчатой) бронепалубы в оконечностях толщиной 76 мм (она проходила от траверзных переборок к штевням, подкрепляя таран и защищая рулевое отделение) и боевой рубки, имевшей 152-мм стены и 51-мм крышу. Батарейные 152-мм орудия защищались только утолщенной до 37 мм бортовой обшивкой и короткими 11-мм поперечными переборками.

Трубы подачи боезапаса под концевыми барбетами, доходящие до нижней карапасной палубы, имели 76-мм броню, а более короткие под бортовыми барбетами, доходящие до плоской броневой палубы, накрывавшей пояс, — несколько тоньше, поскольку проходили под защитой верхних угольных ям. Привод руля между боевой рубкой и бронепалубой не защищался, зато имелись запасные штурвалы в штурманской и кормовой рубках, а также в румпель-ном отделении под сводом бронепалубы в самой корме.

Во время модернизации крейсера в 1898–1899 годах 203-мм орудия прикрыли круглыми щитами диаметром около 6,9 м с толщиной стен 63,5 (вокруг амбразур) — 51 мм и обтянули брезентом, из-за чего установки ГК приобрели вид настоящих башен. Бортовые командирские башенки сняли.

Схема бронирования.

Обе главные паровые трехцилиндровые машины двойного расширения мощностью по 4000 и.л. с, изготавливал строитель — Балтийский завод — по чертежам машин крейсера «Владимир Мономах». По контракту стоимость определялась из расчета 1 60 рублей за 1 и.л.с. (всего 1,28 млн. руб.), штраф за каждую недобранную и.л.с. 269 руб., а вспомогательные механизмы стоили 50000 руб. Все механизмы, за исключением заказанных в Англии рулевой машины и парового шпиля, были сделаны в России. Каждая машина имела по одному цилиндру высокого давления (ЦВД) диаметром 1524 мм и по два цилиндра низкого давления диаметром 1981 мм, ход всех поршней 991 мм. Холодильники были трубчатой системы с общей площадью охлаждения 650 кв.м. Гребные валы изготавливались из кованой стали, четырехлопастные винты диаметром 5 м и шагом 6,1 м — из марганцевой бронзы. При каждой машине имелось по два воздушных насоса, по две питательных и по две трюмных помпы, донка с помпой двойного действия, которая могла питать группу котлов. Помпы могли накачивать воду в котлы из теплых ящиков холодильников или из-за борта, а также откачивать воду из трюма за борт. Их также использовали для мытья палуб и тушения пожаров. Для обслуживания котлов на экономическом ходу имелись ручные помпы, с их помощью можно было и выкачивать воду из котлов. В машинном отделении имелась еще большая двухцилиндровая пожарная машина с двумя помпами, рукава от которой были проведены в каждую палубу. Как и на «Владимире Мономахе», машины имели счетчики числа оборотов и уравнители скорости системы Дюргам. Цилиндры высокого давления испытывались давлением 8,4 атм., цилиндры низкого давления, трубки и теплые ящики холодильников— 2,1 атм., дейдвудные трубы, корпуса машинных кингстонных клапанов — 2,8 атм.

Пар для машин вырабатывали 12 цилиндрических котлов диаметром 4,37 м и длиной 2,9 м, установленных поровну в двух котельных отделениях почти вплотную тыльными сторонами к переборке по ДП. Каждый котел имел по три топки диаметром 1,14 м и колосниковую решетку длиной 2,14 м. Общая поверхность нагрева составляла 2292 кв.м. Пар подавался в ЦВД под рабочим давлением 5,25 атм., но испытывались котлы водой под давлением, в два раза большим. Дымогарные трубки, с помощью которых и подогревалась налитая в котлы вода, были латунные (места соединений из железа) и испытывались под давлением 21 атм. Расход угля при вращении валов со скоростью 90 об./мин. оценивался в 0,8–0,9 кг/и.л.с./ч.

Цилиндрические котлы к концу 80-х годов прошлого столетия достигли предела совершенства, но их главным недостатком оставалось слишком медленное поднятие пара — огромную массу воды следовало подогреть до кипения с помощью трубок, по которым протекал горячий воздух из топок. История знает немало примеров, когда морской бой проигрывался именно из-за того, что в первые моменты встречи с противником корабль не мог быстро дать полный ход. Появившиеся в середине 90-х годов водотрубные котлы этого недостатка были лишены: вода, протекающая по трубкам, проложенным над колосниковой решеткой, подогревалась гораздо быстрее. Рассматривался вопрос установки таких котлов и на «Адмирале Нахимове», но в марте 1898 года все-таки решили заказать Балтийскому заводу новые цилиндрические котлы по типу эксплуатировавшихся на корабле, что позволяло избежать переделок по корпусу и сократить сроки ремонта, учитывая сложную внешнеполитическую обстановку того времени. Работы на крейсере закончились к ноябрю 1899 года.

На «Адмирале Нахимове» широко были представлены паровые вспомогательные механизмы: машина для проворота гребных валов, лебедки для подъема шлака и золы, приспособления для бесшумного отвода излишнего пара из котлов в холодильники, шпили Бакстера, два локомотивных котла (рабочее давление 4,9 атм.) для привода пожарных центробежных помп, двух опреснительных установок (одна системы Зотова, другая английской системы Фрезера) и обогрева помещений. Для отвода воды из трюма через магистральную трубу имелись две центробежные помпы системы Дж. Гвина (производительность 450 ведер/мин., напор 8,5 м), каждая со своей машиной без холодильника (рабочее давление 4,4–4,9 атм, 300–350 об./мин.), и два эжектора системы Фридмана. Специальная пожарная помпа системы Шанд-Масон, способная поднимать 1 50 ведер воды в минуту на высоту 46 м, имела свои паровую машину и котел, в котором рабочее давление 9,1 атмосферы поднималось за 8 минут. Суммарная производительность водоотливных средств корабля составляла 4700 т/ч.