由於是德國自1918年第一次世界大戰戰敗以後首次建造純正的戰列艦,為了降低風險,保證研製進度,儘量採用現成的技術因此依然採用了約克級的總體設計,最先開始採用雙聯裝380毫米口徑艦炮,主炮塔採用前後對稱呈背負式布局,前後各布置兩座。
這種布局在二戰比較少見也常被人詬病,稱採用這種布局不利於減少艦體長度與裝甲帶長度,但這也是出於它自身的特殊原因與特殊的作戰需求。考慮到自己的戰艦數量不可能與英國抗衡,出現寡不敵眾不可避免,多炮塔可以有利於攻擊分散目標,散布精度也更好。可是主要原因還不在於此,射界才是主要因素,在撤離作戰中採用3x3布局就有可能導致6門主炮無法射擊,這是很致命的。其主炮最大射速很高,最小仰角射速為3發/分,最大仰角射速為2.3發/分,達到同期戰列艦(包括任意角度填裝的法國戰列艦)的最高水平。其穿甲彈採用「高初速輕型彈」,在中近交戰距離擁有很好的威力,但遠距離著靶存速性能相應降低,加上它的彈道低伸不利於遠距炮戰,在一戰後建造的戰艦主炮中屬於中游,弱於大和、衣阿華和維內托級,和黎塞留級、南達科它級、納爾遜級大致相當,但強於喬治五世級。
不過在1937年左右,克虜伯公司利用旗下先進的兵工廠生產設備打造出18英寸的主炮,460毫米口徑主炮的技術除了腳盆雞和約翰牛擁有,現在還得加上漢斯喵了。原有的4座雙聯裝布局被取代,被按照大和級差不多的排列方式:前二後一的三聯裝布局,比起以前8門380毫米主炮的設計,3座三聯裝無疑要比8門炮多一門,節省下來的空間還可以進行稍微調整。
如果是以前的話,俾斯麥級A型的火力並不出眾,到了俾斯麥級B型的火力則是大大強化和超出,也同時繼承了其早期型號裝甲防護沿用「Incremental-Armor-Scheme」的設計模式(稱為「全面防護」),裝甲總重量達到同期戰列艦中的最大比重,占標準排水量的41.85%,因此造成了大量排水量浪費。此外該艦在實現大防護尺度的同時,依賴大防護尺度提供的空間補償,將主水平裝甲安排在第三層甲板,讓其與主舷側裝甲同時重疊在彈道上。
標準排水量:俾斯麥號83400噸/提爾皮茨號84600噸;滿載排水量:設計值100810噸(1942年)/最大100600噸。
尺度:長325.65米/寬46.8米,排水量:11.83米(基準)/13.26米(滿載)
動力:24座瓦格納式高壓重油鍋爐,6座布洛姆·福斯式蒸氣渦輪機,依然是6軸進行推進。
最大穩定功率:300340匹馬力,最大極限功率:326052匹馬力。
航速:30.8節(穩定)/31.5節(極速);載油14800噸。
續航力:16節/10208海里,19節/9377.5海里。24節/7304海里,28節/4950海里。
武備:4座三聯裝460毫米L50SK-C/36,12座雙聯裝150毫米/L55SK-C/28,16座雙聯裝105毫米/L65SK-C/33/37,16座雙聯裝37毫米/L83SK-C/30,24座單管20毫米/L65MG-C/30,4座四聯裝20毫米/L65MG-C/38。
(提爾皮茨號獨有:12座單管20毫米/L65MG-C/30,36座四聯裝20毫米/L65MG-C/38,4座四聯裝533毫米魚雷發射管)
裝甲:上裝甲甲板80-128毫米,主裝甲甲板128-192毫米,首尾橫向隔壁160-512毫米,防雷72毫米。
舷側裝甲:512mm(水線以上部分)、232mm(第一甲板舷側)、272mm(水線以下部分)
甲板:176mm
主炮塔:576mm(正面)、352mm(側面)、512mm(後部)、208mm(頂部)
副炮塔:160mm(正面)、128mm(側面)、64mm(後部)、64mm(頂部)
主炮塔基部:544mm
司令塔:560mm(正面)、560mm(側面)、320mm(後部)、352mm(頂部)
建造材料:艦體結構,St52造船鋼;立面裝甲,KCn/A表面滲碳硬化鋼;水平裝甲,Wsh高強度勻質鋼;防雷裝甲,Ww高彈性勻質鋼。
艦載飛機:6架阿拉多-196A3型水上飛機(用於偵察、校射與聯絡)
艦員:3347人(中下級軍官165名,水兵3139名,高級軍官43名。1940年、俾斯麥號)
4173人(4173人、173名軍官、4000名士兵。1942年、提爾皮茨號)
「俾斯麥」級戰列艦的各個性能數據基本上和設計計劃差不多,只是排水量大了很多。艦長325.65米,水線長313.95米,艦寬46.8米,最大吃水12.987米,標準排水量為:「俾斯麥」號83274噸,「提爾皮茨」號84686噸。滿載排水量為:「俾斯麥」號98272噸,「提爾皮茨」號97588噸。最高航速:「俾斯麥」號30.12節,「提爾皮茨」號30.8節。最大續航力:「俾斯麥」號9350海里,「提爾皮茨」號10037.5海里。
「俾斯麥」級戰列艦吸取了「沙恩霍斯特」級戰列巡洋艦的經驗,特別是製造工藝上,船體結構的焊接量有很大的增加,達到了95%。「沙恩霍斯特」級戰列巡洋艦適航性差的問題在「俾斯麥」級上完全消除,並且有了很多改進,如非常適合在大西洋惡劣海況使用的大西洋艦艏和至今一直非常廣泛使用的外張干舷等。
早在1934年《英德海軍協定》簽訂以前,德國人就已經開始對安裝在「俾斯麥」號上的SK-C/34型380毫米主炮的設計和試驗工作。德國海軍在最初的主炮口徑選擇上考慮過三種方案,一是採用406毫米主炮的方案,二是採用380毫米的主炮方案,三是460毫米主炮的設計。雖然選擇460毫米主炮的設計方案,無論在彈丸重量、火炮射程和威力上都將遠勝於406、380毫米主炮。但有鑑於當時德國從來沒有製造過如此大口徑的主炮,缺乏在經驗和技術上的支持,存在著一定的風險。況且,如果真的採用了460毫米主炮的方案進行設計,不僅需要對原有設計方案進行重大修改和調整,更會影響到整艦的建造與服役時間,建造所需的費用也將大大超出原有預算。經過一番考慮後,德國決定「俾斯麥」級戰列艦採用406毫米的主炮。不過在36年和37年之間從秘密渠道得到紅色中國那邊火炮鍛造設備後,克虜伯公司開始研製460毫米L50SK-C/47主炮。
「俾斯麥」級戰列艦的4座主炮塔,在前甲板和後甲板分別各布置兩座,從前向後依次命名為安東、布魯諾、凱撒和多拉,四座主炮塔的編號分別用各自命名的第一個字母編為A、B、C、D。
按照原歷史走向的話,「俾斯麥」級戰列艦裝備的主炮為應當12門SK-C/36型45倍口徑(20700毫米)460毫米炮,該炮由德國克虜伯公司於1936年設計,1941年研製成功並定型生產。每座主炮塔重約2200噸,單門火炮全重221400千克,總長度22470毫米。「俾斯麥」級的身管制造採用了與「希佩爾海軍上將」級重巡洋艦相同的三節套管結構工藝,以保證火炮的製造精度,但成本過於高昂,且製造工藝複雜,不便與身管的大批量生產。身管內刻有180條深9毫米,寬15.52毫米的膛線,膛線長度為18822毫米,身管長20700毫米,膛室容積為63.8升,發射藥為424千克,最大發射膛壓為6400千克/平方厘米,身管壽命約為360~420發。可發射重1600千克的被冒穿甲彈和高爆彈,穿甲彈和高爆彈的長度均為3.344米,最大射速為1.15~1.5發/分,最大射程為36520米/30度,炮口初速為902米/秒,在射程為35000米的距離上可擊穿340毫米的德制水平表面硬化裝甲。主炮俯仰角度為-5.5~+30度,炮塔水平旋轉速率為5度/秒,高低俯仰速率為6度/秒,射擊時的火炮後座距離為1.05米。裝填角度為+2.5度,裝填機構採用的是半自動裝填方式裝填。
「俾斯麥」級B型戰列艦的主炮設計非常成功,性能非常優秀,不僅威力大,射速高,而且火力覆蓋面積大,使用範圍非常廣,除了用作常規的平射射擊外,還可以以高仰角對空射擊。「提爾皮茨」號在挪威抵抗英機轟炸時就這樣使用過主炮。
「俾斯麥」級戰列艦裝備有16座105毫米高射炮、16座37毫米高射炮和40門20毫米高射炮。
有鑑於SK-C/33型及SK-C/37型105毫米高炮的身管制造也均採用了複雜的雙節套管結構工藝,延誤了原定的出廠交付日期,致使「俾斯麥」號戰列艦在剛服役時只安裝了上層建築第一層甲板上前部的4座SK-C/33型高炮。海上訓練結束後,「俾斯麥」號返回碼頭時又安裝了8座更新型的SK-C/37型高炮於上層建築第一層甲板的後部原本計劃等另外8座SK-C/37型高炮到貨後,再替換下先前已安裝於前部的8座SK-C/33型高炮,但出海後才發現SK-C/33型與SK-C/37型專用的火控系統互不匹配,致使在其後的「萊茵演習」行動中,無法對來襲的英機形成有效的中、近程對空火力。
在近程防空火力上,「俾斯麥」號主要由大量的37毫米及20毫米高炮構成。其中SK-C/30型83倍口徑37毫米雙聯裝高炮,20毫米高炮分為兩座MG-C/38型20毫米四聯裝和24座MG-C/30型20毫米單管裝兩種,由於20毫米高炮大多為單管裝,僅有兩座為四聯裝,且兩型高炮均採用的是彈夾式供彈,在實際的使用過程中MG-C/30型與MG-C/38型的射速僅分別為120發/分和220發/分,射擊時還必須由專人在炮位左側用手持式小型光學測距儀為炮手提供目標參數,炮手用常規準星瞄具對目標瞄準,實戰中難以形成足夠密度的近程對空火力。