Бронирование Су-6 было выполнено значительно лучше, чем на Ил-2. При этом благодаря более рациональной схеме бронирования и распределению толщин бронелистов (от 2 до 12 мм) общий вес брони составил всего 642,6 кг (15,6% веса пустого самолета) вместо 957 кг на двухместном Ил-2 АМ-38ф.
Передняя часть фюзеляжа "сухого", включая кабину летчика, представляла собой сплошной бронекорпус, который защищал летчика, бензо- и маслобаки. Нижний и верхний броневые пояса имели переменную толщину по длине: верхний - 4 мм в передней средней части, 6 мм - в передней верхней части и 6 мм - в задней части, а нижний - 2 мм в передней и 4 мм в задней части. Пол кабины летчика был выполнен из бронелистов толщиной 6 мм. Со стороны задней полусферы летчика прикрывали броне- заголовник и задняя бронестенка толщиной по 12 мм, а также 6-мм поперечные боковые задние стенки. На фонаре кабины (сверху и по бокам) устанавливались 6-мм бронеплиты. В передних стеклах фонаря кабины летчика имелась прозрачная броня толщиной 55 мм (лобовое стекло) и 50 мм (боковины).
Кабина стрелка выполнялась в виде бро- неотсека с толщиной стенок 4 мм (нижний и средний боковой пояс) и 12 мм (верхний боковой пояс и задняя бронестенка), расположенного внутри фюзеляжа между бомболюками. Толщина брони пола кабины равнялась 4 мм. На фонаре кабины (с боков и сверху) имелись 6-мм бронещитки. Дополнительную защиту стрелка со стороны задней полусферы обеспечивали 65-мм бронестекло в блистере пулеметной установки, и 12-мм гнутые бронеплиты.
Агрегаты мотора защищались внутренним бронированным капотом (4 мм) и специальным бронированным разъемным кольцом (верхний пояс - 2 мм, нижний пояс - 4 мм). Радиаторы и трубопроводы прикрывались снизу и сзади гнутым бронелистом толщиной 6 мм. Система управления винтом защищалась спереди 6-мм бронедиском. Все бронелисты крепились к каркасу на заклепках и болтах.
Специалисты НИИ ВВС отмечали, что стрелок на самолете Су-6 защищен лучше, чем на серийном Ил-2 и опытных штурмовых самолетах ОКБ Ильюшина, благодаря наличию надголовника и прозрачной брони на блистерной установке: "Наличие хорошей броневой защиты стрелка является значительным фактором живучести самолета в целом. Стрелок менее уязвим, чем на самолете Ил-2. Установка броневого экрана на пулемете стрелка является весьма целесообразным мероприятием, которое не только обеспечивает безопасность стрелка, но дает возможность более решительно и уверенно отражать атаки противника".
Анализ схемы бронирования Су-6 М-71ф показывает, что при ее разработке, несомненно, учитывался опыт боевого применения самолета Ил-2, хотя и недостаточно полно, а также использовались результаты испытаний, проведенных в НИИ ВВС по анализу стойкости брони с учетом экранирующего эффекта элементов конструкции самолета.