Вся горизонтальная и вертикальная защита выполнялась из броневой стали Круппа марки Wh n/a Ww n/а. („Вотан нового образца“, соответственно в твердом и более пластичном варианте). О качествах этой гомогенной (однородной) незакаленной стали, изготовленной из никелевого сплава и носившей громкое имя древнегерманского бога Вотана, имеются довольно разноречивые сведения. Немецкие источники утверждают, что ее сопротивляемость примерно на треть выше, чем у обычной крупповской брони. Напротив, данные союзников ставят этот тип брони ниже британской брони аналогичного назначения даже времен Первой мировой войны. Наиболее здравые оценки лежат между крайностями: они говорят о примерной эквивалентности гомогенной брони крейсерского типа производства 30-х годов в Англии, США и Германии.
Помимо брони корпуса, германские тяжелые крейсера имели весьма значительный объем местного бронирования. Прежде всего это относится к защите башен и барбетов. Барбеты диаметром 6,4 м имели ту же толщину, что и броневой пояс — 80 мм — по всей высоте от броневой палубы до башни. Сами башни состояли из 9 бронеплит, установленных в виде отдельных „граней“, толщина которых резко дифференцировалась. Лобовая плита выполнялась из 160-мм брони, поскольку угол наклона ее был невелик. Зато она занимала менее половины лобовой проекции башни, переходя сверху в сильно наклоненную 105-мм плиту, которая в свою очередь спускалась по бокам к стенкам башни в виде двух граней толщиной 80 мм и соединялась сверху с 70-мм горизонтальной плитой собственно крыши. Остальные части, попадания в которые были наименее вероятными, защищались слабее: вертикальные боковые стенки имели толщину 70 мм, задняя стенка — 90 мм на нижних и всего 50 мм на возвышенных башнях, а задняя скошенная плита — соответственно 80 и 70 мм. (Различные толщины задних частей нижних и верхних башен связаны с их формой и, соответственно, с разными условиями балансировки.) Снизу персонал башен защищал от осколков 30-мм броневой пол.
Солидно прикрывалась главная боевая рубка, овальные стенки которой состояли из 150-мм плит, а крыша — из 50-мм. Учитывая горький опыт слишком „доступных“ рубок времен Русско-японской и, отчасти, Первой мировой войны, щели в ней были совсем узкими, а наблюдение в основном производилось через перископы. Интересно то внимание, которое уделили немцы слабому месту — соединению крыши с вертикальными стенками. Плиты крепились при помощи „ласточкина хвоста“, просверленного и закрепленного болтами, да к тому же головки болтов дополнительно приваривались к броне! Защита наиболее важного в бою персонала не ограничивалась лишь главной боевой рубкой. Практически все вспомогательные посты на мостике имели защиту сверху и с боков из 20-мм броневых листов. Вниз, к центральному посту, вела бронированная 60-мм коммуникационная труба, заключавшая все кабели.