由于这级装备12门400毫米主炮的巨舰，将是德国海军在今后三十年中更胜国王级的绝对主力，清英在设计防护时，便显然要尽可能多的顾及未来的战斗需求了。考虑到现阶段的装甲材质与二十年之后的产品差距，清英为巴伐利亚级布置了厚达350毫米、内倾20度的主装甲带；在交战双方存在一定航向角的情况下，已经足可保证这道装甲的防御能力。为了防止主装甲被炮弹击中后所造成的内部崩落，在其后方还有一层16毫米的防崩落背板；当主装甲因来袭炮弹的碰撞动能和表面爆炸而出现扭曲时，这道背板能很好地吸收掉装甲的内部形变。
在对水中弹的防御上，清英也是煞费苦心：毕竟这种致命打击所出现的概率绝对不算低，而这级要一直沿用到数十年后的大舰，显然不能像早期的炮灰舰那样只追求短期的效益。经过一番思虑之后，站在巨人肩膀上的清英再度做出了足可应付万全的装甲布局。
在4.5米高的主装甲下方，一块高达1.8米、厚度从350毫米削薄到245毫米的硬化装甲，以相同的20度倾角与主装甲牢固契合起来：作为主装甲带延伸到水下部分的延续，其足可在“海水装甲”的辅助下获得与前者相当的防御力。再往下方，便是两道直通舰底的水下TDS隔壁：外侧是一道垂直向下的60毫米高弹性匀质钢，辅以4.2米的防雷纵深和空-液-空三层布局，拥有抵挡400kg当量TNT的水下爆破的能力。内层则是呈20度倾角布置的从120毫米到20毫米的渐变装甲，作为保护核心舱的最后一层保险：当大威力鱼雷和强力水中弹击破外层60毫米TDS的时候，这层内部装甲便可保证将进水和炮弹隔绝在核心舱外。
为了应对交战距离日益增加的现状，以及抵御今后来自空中的炸弹威胁，巴伐利亚级的水平防护也得到了强化。其主水平装甲厚达150毫米，下方还紧贴着18毫米的结构钢以作防崩落之用。即便是放在三十年后，这个水平装甲也同样能防住绝大部分的攻击；如果形势需要，该舰还能在大规模改装之后加厚水平。
实现强大的攻防之后，清英方才将目光转向了速度和续航力——优先保证火力和防护，始终都是清英未曾更易的正统BB设计思路。然而，由于攻防耗去了太多的重量，使得新式战舰的总吨位已经开始出现不受节制的摩云疯长；如果再布置如国王级一般的传统动力，则战舰的排水量必然会超出当前德国造船界所能承受的风险上限。为了改变这一情况，清英在新舰的动力系统上做出了大刀阔斧的革新，第一次将燃油锅炉大规模运用到了主力舰上来。
作为一种从19世纪90年代起就宣告问世的动力机械，经过20多年发展的燃油锅炉在各国海军当中都已算不上是新设备：相比于传统的燃煤锅炉，燃油锅炉在重量、热效率、占地面积、甚至是造价上都全面领先。盖因此故，各国海军都纷纷将其搬上自己的军舰：从最初带有试验性质的鱼雷艇开始，到现在的一流主力舰都采用了重油作为主要的动力来源。
对于这种性能优越的设备，德国海军的使用程度却较美英同行大为不足：原因无他，德国没有足够的石油来源。虽然从德弗林格尔级战巡开始，德国海军的主力舰锅炉便转为了煤油混燃，但这仍旧是燃煤锅炉的主体形式，在重量和占地面积等领域的改进仍旧十分有限。从战争的角度考虑，德国海军在没有足够石油来源的情况下都应采用煤炭作为战舰的主要动力：然而在仔细权衡之后，清英还是咬牙为新战列舰装备了最新式的重油专烧锅炉。因为在控制吨位的这一清英当前所亟需解决的领域上，燃油锅炉对燃煤锅炉的优势实在是太大了。
值得说明的是，无论是燃煤还是燃油，其动力系统本身的重量并没有多少差距。当前，德国在主力舰上使用的燃煤动力能达到25马力一吨，燃油动力至多不过也33马力一吨；这意味着即便是对于一艘输出功率高达10万马力的战舰而言，采用燃油锅炉的战舰在动力本身的重量节省上也就能有1000吨的成绩。实际上，燃油动力的真正开挂之处，是对锅炉舱所需面积的大幅降低。
与后世电厂中的煤粉锅炉不同，当前的舰用燃煤锅炉都是将煤炭堆在炉篦之上燃烧，这种二维的燃烧方式，便使得锅炉的出力程度直接与面积挂钩。即便是以当前德国这一远胜于英国的动力技术，其主力舰上燃煤锅炉舱的额定输出也只能达到75马力一平米（实际上锅炉并不产生功率，此处仅为形象示意）。如果要想用燃煤动力达到10万马力的输出，那么则意味着其至少需要1300平方米的核心舱空间：以主力舰内部核心舱20米宽来计算，光锅炉舱就要占去65米长！
而燃油锅炉就迥然不同了。由于这种锅炉的燃烧方式是将重油从顶部喷淋而下，在落到底部之前就已完全燃尽；这种三维的燃烧方式，无疑使得锅炉的单位占地出力，较单纯平面燃烧的燃煤锅炉有了质的飞跃。即便是高度只有3层舱室的德国主力舰用燃油锅炉，其每平方米所能产生的功率都能轻易达到150马力；而如果将锅炉舱高度提升至4层舱室，这一数字甚至能超过200马力一平米！这意味着在相同的动力输出下，燃油锅炉所需要占据的核心舱长度只有燃煤锅炉的37%~50%；这种通过减少核心舱长度、所随之带来的对装甲重量的大幅降低，才是燃油动力真正能控制战舰吨位的核心奥秘！
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