“定远”级铁甲舰主炮所采用的布置方式非常特殊，在炮台形式上选择了与“萨克森”舰相同的露炮台式，将4门火炮两两分装于军舰中部的2座露炮台内，双联装的炮座底部有一套传动装置，通过人力和蒸汽辅助来转动火炮。露炮台的布局则参照了“不屈”号铁甲舰，采用的是右前左后的对角线布局，为了使炮台内的4门火炮可以同时转向舰首方向和两舷方向发射，陈伟在林逸青的要求下拉开了两座露炮台的距离，使之可以最大程度发扬火力。与现下通常的露炮台不同的是，从外观上看，“定远”级铁甲舰的露炮台并不是露天的，在其上方安装了类似炮塔的半敞开式炮盾，原因是当时的军舰上开始出现了射速相当快的机关炮，装在桅盘里的机关炮居高临下，对在顶部完全敞开的露炮台里作业的水兵是个极大的威胁。乾国的技术人员提出在露炮台里的大炮上架一个这样的4英寸厚炮盾，炮盾通过几根支架连在火炮的底座上，随火炮一起转动，可以对里面的人员起到一定的保护作用。而为了避免炮盾的份量全部压在复杂的加纳式炮架上，乾国人在露炮台厚厚的装甲围壁顶部铺设了轨道，将底部装有轮子的炮罩架在装甲围壁上转动。尽管对这种科技含量比较低的做法有些不以为然，认为“非船学所重”，自负的英国人最终还是在自己的一些露炮台军舰上也采用了类似乾国军舰上的半敞开式炮罩，“定远”级铁甲舰由此开创了一种新式的露炮台。
除4门威震亚洲的305毫米口径主炮外，“定远”级铁甲舰首尾和两舷各有1门140毫米加纳速射炮。实际口径140.20毫米，身管为35倍径，长5220毫米，来复线长4800毫米，炮管重4.77吨，炮架重5.16吨，可用弹药包括开花弹与实心弹，均重51千克，最大的发射药包重17千克。火炮初速580米/秒，有效射程11000米。这4门火炮有2门分装于首尾的2个炮罩内，由人力转动。另外2门装在靠舰尾处两舷，为敞开式炮台。
“定远”级铁甲舰的舰体设计沿用了德国“萨克森”铁甲舰，而“萨克森”级铁甲舰原本并没有鱼雷兵器的设计，因北洋大臣李绍泉对新锐的鱼雷兵器极为青睐，于是乾、德两国技术人员在“定远”级铁甲舰上增设了3具14英寸（355毫米）口径的鱼雷发射管，备雷21枚，均为先进的德国刷次考甫（Schwartzkopf）磷铜鱼雷，又称“黑头鱼雷”。其中2具鱼雷发射管分别布置在军舰前部左右舷，位于铁甲堡之前；另1具布置在军舰尾部中线上，发射口位于军舰舰尾龙纹的下方。这一改进相当成功，以至于在“定远”级2艘铁甲舰建成后不久，德国在自己的4艘“萨克森”型铁甲舰上也做了与“定远”级完全一样的改造。
“定远”、“镇远”2艘铁甲舰各自还搭载有2艘舰载鱼雷艇，分名“定一”、“定二”；“镇一”、“镇二”，排水量16吨，艇长19.5米，航速15节，艇首左右各有1具14英寸鱼雷发射管。这一设计模仿自“不屈”号铁甲舰，主要考虑到小型鱼雷艇虽然威力较大，但因为载煤少、航程短，无法长距离航行到远海作战，因而搭附在大型军舰或专用的趸船上，抵达作战区域后再吊放至水中自行航行作战，以发挥奇兵的效果。为吊放这2艘鱼雷艇，“定远”级铁甲舰在后桅上设有一根专用吊杆。在“定远”、“镇远”回国后不久，2舰搭载的4艘鱼雷艇便被卸下，加入了鱼雷艇部队。
和之前的“开济”级装甲巡洋舰一样，“定远”级铁甲舰也装有冲角。冲角是当时军舰上的一项重要武器。自意奥利萨海战之后在各国海军中流行，主要用于近距离上撞击敌舰，“定远”、“镇远”舰舰首水下各有锋利如刀的撞角，外形则与“萨克森”级铁甲舰采用的完全相同。
在林逸青的要求下，“定远”铁甲舰还装有大量的小口径速射炮，主要是船政造40毫米哈乞开斯式单管机关炮，共计16门。此外还有6挺11毫米加特林机枪，“定远”级铁甲舰前后桅杆的上桅盘（称为战斗桅盘）内各安装2门，其余4门安装在从烟囱至后桅附近的尾楼甲板两侧。
除上述武备外，“定远”级铁甲舰还装备了4门75毫米舢板炮。为德国克虏伯公司制造，与当时各国陆军中大量装备的克虏伯行营炮类似，只是在陆军用炮架外另备有一套供舰上安装使用的炮架。炮身长3230毫米，重750千克，使用开花弹，重5.85千克。这种火炮主要供海军陆战队上岸后使用，必要时也可以临时布置在舰上的适当位置。
“定远”级铁甲舰的防护设计采用的是与“不屈”、“萨克森”相同的铁甲堡式。铁甲堡长度达48.5米，自上层建筑到舷侧水线及水线以下，以305～355毫米的钢面铁甲将军舰除首尾部分外的船体紧密包裹，整个军舰中部要害部位如弹药库、动力部门等均处于铁甲堡防护中。需要指出的是，在“定远”级建造之时，世界上最新式的装甲为英国发明的康邦装甲，即钢铁复合装甲，又称钢面铁甲，其中“定远”舰采用了英国制造的钢面铁甲。但德国人不想全部使用英国人昂贵的钢面铁甲，想在这方面打开自己的局面，是以德国人通过反复试验，最终生产出了自己的钢面铁甲，并最先应用到了“镇远”舰上。“萨克森”级铁甲舰中2艘建造时间晚于“镇远”舰的军舰，即应时采用了钢面铁甲。“镇远”舰成为德国造船工业中第一型采用复合装甲的军舰，为德国舰船工业提供了技术积累。
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