按照海军的防护能力要求，任何一级战列舰都必须在规定的“避弹区”内抵挡住自身主炮发射的穿甲弹。

因为350毫米穿甲弹的威力比300毫米穿甲弹的威力提高了近一倍，所以要达到海军的防护要求，装甲防护能力就必须大幅度提高。

这是困扰设计师的另外一个难题，毕竟装甲太厚的话，只能导致战舰超重。

经过反复论证与实验，设计师采用了一个极为大胆，也极为有创意的设计。将战舰的燃油舱安置在两舷，并且用里外两层装甲板来加强舰体的防护。这种设计的好处非常明显。一是减少了燃油舱占用舰体的空间，毕竟两舷装甲板之间的空间也没有别的用途。二是加强了防护能力，颇有后来“复合装甲”的味道。三是扩大了“可牺牲区”的范围，从而变向提高了防护能力。

当然，严格的说，这种设计并不新颖。以往，就有战列舰将煤舱设计在两舷。

后来，经过测试，昆仑山级战列舰主装甲带的厚度在比五岳级增厚20毫米的情况下，完全能够达到海军的防护要求。

因为燃油锅炉的输出功率更高，所以昆仑山级的排水量在比五岳级增加了1500吨的情况下，速度仍然超过了20节，其在测试时，通过动力系统短时间超载运行，甚至跑出了接近21节的最高速度。

最终完成建造时，昆仑山级战列舰的性能指标如下：

标准排水量：19500吨；满载排水量：22300吨。总长：1644米；型宽：275米；吃水：82米；定员：975人。

动力：8台四十年型燃油锅炉；主机：4台四十一年型蒸汽轮机；功率：28500轴马力；推进：4轴4浆；航速：20节；续航力：8500海里10节。

主炮：10门四十一年型350毫米l40型舰炮（5x2）；副炮：16门三十年型150毫米l50型舰炮；速射炮：12门三十二年型80毫米l55型舰炮。

主装甲带：230－300毫米；甲板：55－85毫米；炮塔：120－320毫米；炮座：300毫米；司令塔：120－320毫米。

相对于几乎同时开工的英国“白羊座”级战列舰，昆仑山级无论在火力，防护方面都大大领先，只是速度略慢。另外比起美国海军同期建造的“怀俄明”级战列舰，更是全面领先，即便比晚两年开工的“纽约”级也毫不落后。

也正是从昆仑山级开始，后面装备有超过12英寸（300毫米）主炮的战舰被称为“超无畏舰”。

当然，昆仑山级的设计也不是十全十美的，仍然存在着一些缺陷。

比如，只有一根烟囱的设计，使得战舰的排烟系统非常脆弱，在后来的实战中这个问题暴露出来之后，就变得非常严重了。如果仅有的一根烟囱被毁，不但锅炉产生的有毒烟雾排不出去，动力系统也难以正常运转，结果是非常严重的。