装甲防护系统
巴伐利亚级战列舰的装甲防护是同时代最强的，采用了传统的穹甲式装甲舱布局。该级舰的装甲分部非常复杂，其侧舷弹道防护由舯部的主防御区与艏艉的次级防御区组成。
A炮塔至D炮塔间的主防御区间全长达到了舰体的58%。其侧舷防护如下：最上层的是副炮位的170毫米装甲，副炮甲板至中甲板之间的侧舷的上装甲带厚250毫米，然后是350毫米厚的主装甲带，主装甲带全高3720毫米，其下部分逐渐减薄至170毫米，一直延伸至标准吃水线一下1700毫米处，下部装甲带再往下是16毫米厚的外壳板。主装甲带安装在50毫米厚的坚固框架上，彼此之间采用榫头连接，提高了接头部分的抗打击能力和装甲带的整体性。
舯部舰体内第一道纵隔壁布置了30毫米的防破片装甲。各副炮炮位间以20毫米厚装甲板隔为独立的战斗室。A、D炮塔处的艏艉横装甲板厚300毫米，两侧的装甲板削薄到200毫米。主炮塔基座的防御装甲相当复杂，突出在装甲舱之外的侧壁装甲厚350毫米，A、B和C炮塔包围在装甲舱之内的前方装甲侧壁厚250毫米，上甲板与副炮甲板之间的后部装甲侧壁厚170毫米，其下副炮甲板与装甲板间侧壁厚80毫米，再向下由于已有多层装甲板的保护，仅敷设了25毫米的防破片装甲板。D炮塔上甲板与副炮甲板之间的后部装甲侧壁厚200毫米，其下副炮甲板与装甲板间侧壁厚115毫米。
各主炮塔正面装甲厚350毫米，侧面厚250毫米，顶部厚100毫米，炮塔正面与顶部之间的倾斜装甲厚200毫米，后部装甲厚290毫米。巴伐利亚级的主炮塔防御嫌不足，特别是正面和两侧的顶部侧装甲在敌战列舰打着角远程射弹的打击下特别脆弱。但是德国二战前开工的两型战列舰仍然沿用了这种存在明显缺陷的设计。
主防御区内还包括前后司令塔。巴伐利亚级的前部司令塔前装甲厚350毫米，侧装甲厚240毫米，顶部厚100-150毫米，后部装甲厚250毫米，向下削薄至240、70毫米。司令塔通过一个筒形升降梯与舰内连接，外筒装甲厚100毫米。后部司令塔侧装甲厚170毫米，顶装甲厚80毫米，升降梯装甲外筒厚80毫米。三足桅顶部的了望所侧壁厚25毫米。
由于一战期间炮战距离较近，炮弹着角较小，不容易击穿水平舰体，当时又不存在飞机的威胁，巴伐利亚级的水平装甲很薄，主防御区内上甲板装甲厚30毫米。巴伐利亚级的烟囱采取了额外的保护，烟道通过40毫米厚的带孔装甲穿透甲板，倾斜烟道的上方甲板也加厚的40毫米。作为主水平装甲的装甲甲板厚度也仅有30毫米，两侧与宆甲的连接部以50毫米装甲板予以加强，宆甲厚30毫米。
主防御区外的次级防御也布置了相当强的装甲，舰首主装甲带向前至第131号肋骨间侧装甲厚达200毫米，第二平台甲板厚达60毫米，131至137肋骨间侧装甲厚150毫米，再向前14米至舰首间的水线侧装甲厚30毫米。尾部侧装甲厚度也达到了200毫米，宆甲厚20毫米，舵机舱设置了170-120毫米的装甲予以保护，其他部分的隔壁与甲板厚度为6毫米。
巴伐利亚级装甲板均为克虏伯镍合金表面硬化板材，该装甲于20年代初由著名的军火巨头克虏伯公司开发成功，是镍铬合金钢的一个变种，化学成分包括：碳0.35%，镍3.9%，铬2.0%，锰0.35%，硅0.07%，有害元素磷和硫的含量分别控制在0.025%和0.02%以下。表面采用气相法渗碳，背板保持了比较好的柔韧性，被弹丸击中后，不像常规渗碳装甲的背板那样容易开裂、崩落掉块。巴伐利亚级装甲全重11410吨，占排水量的40.4%，强劲的防护性能可见一斑。
巴伐利亚级的水下防御系统以防鱼雷隔舱为基础，防鱼雷装甲隔板厚50毫米。
巴伐利亚级具有很强的排水能力，有利于军舰战伤进水后的抢救，其主排水管直径达350毫米，分为5组，管口分别置于弹药库、轮机舱等大容积要害舱室的底部。，另有直径120和70毫米的排水歧管通往除油舱和水舱的水线下各舱和双层底舱。
该舰的注排水系统能够在15分钟内纠正5度的舰体横顷。巴伐利亚级是第一级装备533毫米进水管的德国战列舰。该舰的通海阀连接在进水管上，共有15个金士顿通海阀，其中侧舷10个，用于淹没煤舱等大容积舱室，艏部和艉部分别有2个和3个，主要用来向平台甲板注水或使军舰保持艏艉平衡。通海阀由液压驱动，可由下层甲板的控制室发出打开信号，紧急情况下也可人力现场开启。每座主炮塔弹药库内有4台应急注水泵，进水管直径300-430毫米，单台排水量900立方米/小时。一旦炮塔有起火爆炸的危险，可以立即向内注水，5分钟便可将最危险的火药舱全部淹没。军舰入坞后，还可从舷外引入弹药库应急注水管(顺便说一句，二战期间德国“格奈森诺”号战列舰就是在浮船坞内被英国轰炸机命中前部弹药库爆发后退役的)
