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由于是德国自1918年第一次世界大战战败以后首次建造纯正的战列舰，为了降低风险，保证研制进度，尽量采用现成的技术因此依然采用了约克级的总体设计，最先开始采用双联装380毫米口径舰炮，主炮塔采用前后对称呈背负式布局，前后各布置两座。
这种布局在二战比较少见也常被人诟病，称采用这种布局不利于减少舰体长度与装甲带长度，但这也是出于它自身的特殊原因与特殊的作战需求。考虑到自己的战舰数量不可能与英国抗衡，出现寡不敌众不可避免，多炮塔可以有利于攻击分散目标，散布精度也更好。可是主要原因还不在于此，射界才是主要因素，在撤离作战中采用3x3布局就有可能导致6门主炮无法射击，这是很致命的。其主炮最大射速很高，最小仰角射速为3发／分，最大仰角射速为2．3发／分，达到同期战列舰（包括任意角度填装的法国战列舰）的最高水平。其穿甲弹采用“高初速轻型弹”，在中近交战距离拥有很好的威力，但远距离着靶存速性能相应降低，加上它的弹道低伸不利于远距炮战，在一战后建造的战舰主炮中属于中游，弱于大和、衣阿华和维内托级，和黎塞留级、南达科它级、纳尔逊级大致相当，但强于乔治五世级。
不过在1937年左右，克虏伯公司利用旗下先进的兵工厂生产设备打造出18英寸的主炮，460毫米口径主炮的技术除了脚盆鸡和约翰牛拥有，现在还得加上汉斯喵了。原有的4座双联装布局被取代，被按照大和级差不多的排列方式：前二后一的三联装布局，比起以前8门380毫米主炮的设计，3座三联装无疑要比8门炮多一门，节省下来的空间还可以进行稍微调整。
如果是以前的话，俾斯麦级A型的火力并不出众，到了俾斯麦级B型的火力则是大大强化和超出，也同时继承了其早期型号装甲防护沿用“Incrermor－Scheme”的设计模式（称为“全面防护”），装甲总重量达到同期战列舰中的最大比重，占标准排水量的41．85％，因此造成了大量排水量浪费。此外该舰在实现大防护尺度的同时，依赖大防护尺度提供的空间补偿，将主水平装甲安排在第三层甲板，让其与主舷侧装甲同时重叠在弹道上。
标准排水量：俾斯麦号83400吨／提尔皮茨号84600吨；满载排水量：设计值100810吨（1942年）／最大100600吨。
尺度：长325．65米／宽46．8米，排水量：11．83米（基准）／13．26米（满载）
动力：24座瓦格纳式高压重油锅炉，6座布洛姆·福斯式蒸气涡轮机，依然是6轴进行推进。
最大稳定功率：300340匹马力，最大极限功率：326052匹马力。
航速：30．8节（稳定）／31．5节（极速）；载油14800吨。
续航力：16节／10208海里，19节／9377．5海里。24节／7304海里，28节／4950海里。
武备：4座三联装460毫米L50SK－C／36，12座双联装150毫米／L55SK－C／28，16座双联装105毫米／L65SK－C／33／37，16座双联装37毫米／L83SK－C／30，24座单管20毫米／L65MG－C／30，4座四联装20毫米／L65MG－C／38。
（提尔皮茨号独有：12座单管20毫米／L65MG－C／30，36座四联装20毫米／L65MG－C／38，4座四联装533毫米鱼雷发射管）
装甲：上装甲甲板80－128毫米，主装甲甲板128－192毫米，首尾横向隔壁160－512毫米，防雷72毫米。
舷侧装甲：512mm（水线以上部分）、232mm（第一甲板舷侧）、272mm（水线以下部分）
甲板：176mm
主炮塔：576mm（正面）、352mm（侧面）、512mm（后部）、208mm（顶部）
副炮塔：160mm（正面）、128mm（侧面）、64mm（后部）、64mm（顶部）
主炮塔基部：544mm
司令塔：560mm（正面）、560mm（侧面）、320mm（后部）、352mm（顶部）
建造材料：舰体结构，St52造船钢；立面装甲，KCn／A表面渗碳硬化钢；水平装甲，Wsh高强度匀质钢；防雷装甲，Ww高弹性匀质钢。
舰载飞机：6架阿拉多－196A3型水上飞机(用于侦察、校射与联络)
舰员：3347人（中下级军官165名,水兵3139名,高级军官43名。1940年、俾斯麦号）
4173人（4173人、173名军官、4000名士兵。1942年、提尔皮茨号）
“俾斯麦”级战列舰的各个性能数据基本上和设计计划差不多，只是排水量大了很多。舰长325．65米，水线长313．95米，舰宽46．8米，最大吃水12．987米，标准排水量为：“俾斯麦”号83274吨，“提尔皮茨”号84686吨。满载排水量为：“俾斯麦”号98272吨，“提尔皮茨”号97588吨。最高航速：“俾斯麦”号30．12节，“提尔皮茨”号30．8节。最大续航力：“俾斯麦”号9350海里，“提尔皮茨”号10037．5海里。
“俾斯麦”级战列舰吸取了“沙恩霍斯特”级战列巡洋舰的经验，特别是制造工艺上，船体结构的焊接量有很大的增加，达到了95％。“沙恩霍斯特”级战列巡洋舰适航性差的问题在“俾斯麦”级上完全消除，并且有了很多改进，如非常适合在大西洋恶劣海况使用的大西洋舰艏和至今一直非常广泛使用的外张干舷等。
早在1934年《英德海军协定》签订以前，德国人就已经开始对安装在“俾斯麦”号上的SK－C／34型380毫米主炮的设计和试验工作。德国海军在最初的主炮口径选择上考虑过三种方案，一是采用406毫米主炮的方案，二是采用380毫米的主炮方案，三是460毫米主炮的设计。虽然选择460毫米主炮的设计方案，无论在弹丸重量、火炮射程和威力上都将远胜于406、380毫米主炮。但有鉴于当时德国从来没有制造过如此大口径的主炮，缺乏在经验和技术上的支持，存在着一定的风险。况且，如果真的采用了460毫米主炮的方案进行设计，不仅需要对原有设计方案进行重大修改和调整，更会影响到整舰的建造与服役时间，建造所需的费用也将大大超出原有预算。经过一番考虑后，德国决定“俾斯麦”级战列舰采用406毫米的主炮。不过在36年和37年之间从秘密渠道得到红色中国那边火炮锻造设备后，克虏伯公司开始研制460毫米L50SK－C／47主炮。
“俾斯麦”级战列舰的4座主炮塔，在前甲板和后甲板分别各布置两座，从前向后依次命名为安东、布鲁诺、凯撒和多拉，四座主炮塔的编号分别用各自命名的第一个字母编为A、B、C、D。
按照原历史走向的话，“俾斯麦”级战列舰装备的主炮为应当12门SK－C／36型45倍口径（20700毫米）460毫米炮，该炮由德国克虏伯公司于1936年设计，1941年研制成功并定型生产。每座主炮塔重约2200吨，单门火炮全重221400千克，总长度22470毫米。“俾斯麦”级的身管制造采用了与“希佩尔海军上将”级重巡洋舰相同的三节套管结构工艺，以保证火炮的制造精度，但成本过于高昂，且制造工艺复杂，不便与身管的大批量生产。身管内刻有180条深9毫米，宽15．52毫米的膛线，膛线长度为18822毫米，身管长20700毫米，膛室容积为63．8升，发射药为424千克，最大发射膛压为6400千克／平方厘米，身管寿命约为360～420发。可发射重1600千克的被冒穿甲弹和高爆弹，穿甲弹和高爆弹的长度均为3．344米，最大射速为1．15～1．5发／分，最大射程为36520米／30度，炮口初速为902米／秒，在射程为35000米的距离上可击穿340毫米的德制水平表面硬化装甲。主炮俯仰角度为－5．5～＋30度，炮塔水平旋转速率为5度／秒，高低俯仰速率为6度／秒，射击时的火炮后座距离为1．05米。装填角度为＋2．5度，装填机构采用的是半自动装填方式装填。
“俾斯麦”级B型战列舰的主炮设计非常成功，性能非常优秀，不仅威力大，射速高，而且火力覆盖面积大，使用范围非常广，除了用作常规的平射射击外，还可以以高仰角对空射击。“提尔皮茨”号在挪威抵抗英机轰炸时就这样使用过主炮。
“俾斯麦”级战列舰装备有16座105毫米高射炮、16座37毫米高射炮和40门20毫米高射炮。
有鉴于SK－C／33型及SK－C／37型105毫米高炮的身管制造也均采用了复杂的双节套管结构工艺，延误了原定的出厂交付日期，致使“俾斯麦”号战列舰在刚服役时只安装了上层建筑第一层甲板上前部的4座SK－C／33型高炮。海上训练结束后，“俾斯麦”号返回码头时又安装了8座更新型的SK－C／37型高炮于上层建筑第一层甲板的后部原本计划等另外8座SK－C／37型高炮到货后，再替换下先前已安装于前部的8座SK－C／33型高炮，但出海后才发现SK－C／33型与SK－C／37型专用的火控系统互不匹配，致使在其后的“莱茵演习”行动中，无法对来袭的英机形成有效的中、近程对空火力。
在近程防空火力上，“俾斯麦”号主要由大量的37毫米及20毫米高炮构成。其中SK－C／30型83倍口径37毫米双联装高炮，20毫米高炮分为两座MG－C／38型20毫米四联装和24座MG－C／30型20毫米单管装两种，由于20毫米高炮大多为单管装，仅有两座为四联装，且两型高炮均采用的是弹夹式供弹，在实际的使用过程中MG－C／30型与MG－C／38型的射速仅分别为120发／分和220发/分，射击时还必须由专人在炮位左侧用手持式小型光学测距仪为炮手提供目标参数，炮手用常规准星瞄具对目标瞄准，实战中难以形成足够密度的近程对空火力。