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“定远”级军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“英弗莱息白”军舰，采用的是右前左后的对角线布局，炮台内的4门火炮可以同时转向舰首方向发射，最大程度发扬火力。与当时通常的露炮台不同的是，从外观上看，“定远”级军舰的露炮台并不是露天的，在其上方安装了类似炮塔的穹盖式炮罩，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。中国的技术人员提出在露炮台里的大炮上架一个类似船面旋台那样的大罩子，炮罩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。而为了避免炮罩的份量全部压在炮架上，中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露炮台军舰上也采用了类似中国军舰上的穹盖式炮罩，“定远”级军舰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”级军舰首尾各有1门150毫米克虏伯1880式钢箍套炮。实际口径149。1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2门火炮分装于首尾的2个炮罩内，由人力转动。
“定远”级军舰的舰体设计沿用了德国“萨克森”铁甲舰，而“萨克森”军舰原本并没有鱼雷兵器的设计，因北洋大臣李鸿章对新锐的鱼雷兵器极为青睐，于是中、德两国技术人员在“定远”级军舰上增设了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艘军舰建成后不久，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艘军舰各自还搭载有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“英弗莱息白”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”级军舰在后桅上设有一根专用吊杆（以往认为“定远”级军舰后桅上有一前一后两根吊杆，实际亦是误会，只有向前的一根是真正的吊杆，而后部的一根则是在使用风帆时，控制风帆方向的使风杆）。在“定远”、“镇远”回国后不久，2舰搭载的4艘鱼雷艇便被卸下，交由旅顺基地统一管理，不再归北洋舰队直接节制。
碰嘴又称撞角、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，外形与“萨克森”军舰采用的完全相同。
连珠快炮是一种射速很高的小口径速射炮，一般装有复进机构，当时以法国哈乞开斯式（hotchkiss）和美国加特林式（Gatling）最为著名，主要用于抵御高速逼进的鱼雷艇、杆雷艇以及近距离杀伤敌方舰艇上的人员。“定远”级铁甲舰采用的主要是法国哈乞开斯式，大小共计12门，分别为：
6磅（57毫米）单管哈乞开斯式机关炮2门，英国阿姆斯特朗公司制造，口径57毫米，炮身长2515毫米，重440千克，弹药分为开花弹与实心弹，均重2。72千克，测试时在274米距离上可击穿120毫米厚的钢板。
3磅（47毫米）单管哈乞开斯式机关炮2门，外形与6磅炮相同。同样由英国阿姆斯特朗公司制造，口径47毫米，炮管长2012毫米，炮管重229千克，弹药分为开花弹和钢弹，分别重1。405和1。46千克，在274米距离上，可击穿90毫米厚钢板。射速为每分钟20发，射程4575米。6磅与3磅炮均安装于“定远”级军舰的尾楼甲板上。
2磅（37毫米）五管哈乞开斯炮8门。属于多管转轮式机关炮，亦阿姆斯特朗公司制造。炮身长740毫米，重200千克，弹药也分开花弹与实心弹，均重1。1千克。274米距离上，可以击穿24毫米厚钢板。“定远”级军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”级军舰还装备了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”级军舰的防护设计采用的是与“英弗莱息白”、“萨克森”相同的铁甲堡式。铁甲堡长度达43。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（订造“镇远”号铁甲舰时，因遇原材料涨价，限于经费，被迫将水线下的钢面铁甲换成防御效果略逊的熟铁装甲）。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，然而当得知中国2艘铁甲舰的订单被德国接到后，英国政府随即下令拒绝向德国出口钢面铁甲。最终德国人通过反复试验，生产出了自己的钢面铁甲，并最先应用到了“定远”级铁甲舰上。“萨克森”级铁甲舰中2艘建造时间晚于“定远”级的军舰，即应时采用了钢面铁甲。“定远”级铁甲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。
在铁甲堡防护区域之外，“定远”级军舰的首尾敷设有76毫米厚的装甲甲板以加强防护能力，2座305毫米露炮台的炮座采用305毫米的装甲，而305毫米大炮的圆柱形炮罩厚度则只有薄薄的1英寸。舰体内部结构方面，采用双层底和水密隔舱设计，继李凤苞之后出任驻德公使的许景澄在检验报告中有详细描述：“船底铁板以上相距一迈当（米）余，有双层底铁板，用龙骨脊板上下抵连，又用直肋纵横相连，截成隔堵五十八格，使临战时船底偶有触损，水入不能通灌。双层底上分上、中、下舱3层……上、中、下舱各以铁板横直成壁，为隔舱一百五十四间，为受弹时水灌之备”。
“定远”级军舰的外部的甲板主要分为2层，均敷设柚木地板。位置在下的一层是主甲板，由于干舷较低容易上浪，平时主要在装煤作业和起锚作业时使用。在舰体中部的主甲板上，左右共分布了12个类似下水道盖的铁盖，这便是煤舱的填煤口；在填煤口附近，还有12个直径稍小的盖子，是用于给甲板下采光的采光窗，在军舰后部主甲板上也有16个同样功能的采光窗。在主甲板前部，舰首左右各有一块内侧高外侧低的锚床，上面摆放有2大2小共4个铁锚，由首楼甲板上的2根巨大的吊臂来吊放使用。主甲板后部，舰尾左右也各有一块略小的锚床，摆放2个标准的海军锚，由附近的2件吊锚杆吊放。此外在靠近船首的两舷各有一组吊艇架，悬挂2艘8桨舢板小艇。
“定远”级军舰的主要作业甲板是位于首尾楼顶部的甲板，这里是水兵的主活动区域。首楼甲板上自舰首150毫米火炮以后，分别布置有供人员出入的2处舱盖，以及用于起锚的大绞盘，尾楼甲板自舰尾150炮以后，分别是用于给底部舱室通风采光的大型水密天窗棚、用于舰尾起锚的绞盘、以及机舱棚等。在尾楼甲板上还设置有8组搁艇架，用于搭载舰载鱼雷艇以及舢板小艇，尾楼甲板的两侧有中空的舷墙，内部用于储放吊床、绳索等杂物，上面则架设各类口径的机关炮。无论平时、战时，这里都是最忙碌的地方。
“定远”级军舰的指挥中枢位于2座305炮台相接的部位，那里竖立着一座用8英寸装甲防护的司令塔，里面装有舵轮、罗经、传话筒等指挥、通信装置，塔壁上有很多类似碉堡枪眼的细长观察窗，战时军官们就在这里指挥军舰。这间由装甲保护的司令塔上方托举着一个由铁、木材料构成飞桥，即“定远”级军舰的露天指挥台。飞桥前后各有2具梯子通往首尾楼甲板，飞桥甲板上露天安装有罗经、车钟，飞桥两翼翼端则安装着左红右绿的航行灯。在飞桥中部有一个椭圆形的开口，即是从飞桥上进入司令塔的入口，飞桥后部有一间木头构建的小房子，里面摆放着拥有几组大抽屉的信号旗箱。这便是“定远”级铁甲舰的指挥枢纽所在。与之配套，在和飞桥甲板接邻的前桅杆下部设有一个斗状的桅盘，称为望台，安装有照度分别为8000枝烛光和20000枝烛光的探照灯各1具，里面有专门负责观察、了望任务的官兵值守；另外在“定远”级军舰的后桅杆附近还有一套备用的指挥系统，一座装有标准罗经的露天指挥台，附近还有一件由3个直径为2米的轮盘串联起来的人力舵轮组，当司令塔里的水压舵轮发生故障时，便有6名身强力壮的水兵分列两旁转动人力舵轮，来扳动水底巨大的舵叶。
“定远”级军舰的生活区主要集中在主甲板下的第一层，简称下一甲板。下一甲板的舰首部位，是一间面积较大的西式军医院，置有手术台、病床等设施。军医院与铁甲堡之间，分布着厨房、禁闭室、警卫室等功能舱室。进入铁甲堡区域后，首先在地板上会看到有6个大型的舱盖，下面是全舰的弹药库所在，弹药便是从这里提升出来后，运往全舰各炮位的，与之配套，在下一甲板的天花板上装有轨道和天车，用于提升和运送弹药。过了弹药舱出口，有2个巨型曲轴摇臂，数十名水兵将通过转动这2根摇臂来驱动甲板上方的4门305毫米大炮。再往后走，整个区域被烟囱竖井和发电机房占满（“定远”配备3台发电机、“镇远”只有2台），中间零散布置着官兵们的浴室。走过这个区域便出了铁甲堡进入舰尾，沿袭帆船时代的传统，舰尾是军官们的生活区域。这块区域的****是2间军官餐厅，这是军官们用餐、聚会，以及娱乐交际的场所，里面放置着钢琴、酒柜、餐桌，并与西方军舰敬奉圣像一样，这里供奉着中国的战神——关公的牌位，另外还摆放有做工精细的“定远”级军舰原厂模型，黄海海战前的军事会议便是在这里召开的。在会议室外面，两