העשורים הבאים ראו ניסיונות שונים בתכנון האוניות. השריון שופר, והתותחים המשיכו לגדול; אוניות המערכה מסדרת אדמירל, שהושקו בשנות ה-80 משל המאה התשע עשרה, היו בעלות תותחים בקוטר 413 מ"מ, קוטר גדול מאוד גם במושגים מאוחרים בהרבה. התותחים עברו לטעינה מן המכנס, חלקו האחורי של התותח, להבדיל מהתותחים הישנים יותר, שנטענו מן הלוע. ממדיהן של האוניות גדלו, ומנועיהן השתכללו, כמו גם התאמתן לפעולה מלאה בים הפתוח.
סדרת מג'סטיק של חיל הים המלכותי הבריטי, שהראשונה בהן הושקה ב-1895, הייתה סדרת האוניות שבה הגיע שלב הפרה-דרדנוט לבשלות מלאה. האוניות נבנו כולן מפלדה, ללא שימוש בברזל כפי שהיה בדגמים קודמים, ותותחיהן, בקוטר 12 אינץ' (305 מ"מ) מוקמו בצריחים. תותחים אלה היו מתקדמים יותר, והיו קלים יותר ובעלי עוצמה רבה יותר מקודמיהם הגדולים יותר. אוניות אלה היו דגם לבניית האוניות הבאות של הצי המלכותי וגם לאוניות של ציים אחרים.
חימוש.
חימוש ראשי.
אוניות מערכה פרה-דרדנוט נשאו תותחים בקליבר שונה, כאשר כל סוג נועד לתפקיד אחר בקרבות בין אוניות. החימוש העיקרי ברוב האוניות מנה ארבעה תותחים כבדים, שהותקנו בשני צריחים. כל צריח היה ממוקם על קו האורך של האונייה, אחד מלפנים והשני לכיוון הירכתיים. תותחים אלה היו בעלי קצב אש איטי, ובתחילה היו גם בעלי דיוק נמוך. למרות מגרעות אלו, רק תותחים אלה היו בעלי יכולת לירות פגזים שיוכלו לחדור את החלקים המשוריינים של אוניית האויב, שבתוכם נמצאו המנועים, מחסני התחמושת והתותחים הכבדים שלה. רוב התותחים הכבדים של אוניות המערכה פרה-דרדנוט היו בקוטר 12 אינץ' (305 מ"מ), אם כי בצי ארצות הברית היו גם תותחי 13 אינץ' (330 מ"מ), בצי הרוסי היו גם תותחי 10 אינץ' (254 מ"מ), ואילו כמה סדרות של אוניות הפרה-דרדנוט הגרמניות נשאו תותחי 9.4 אינץ' (239 מ"מ). אורכם של התותחים הלך וגדל, וכאשר הוכנס לשירות חומר נפץ הודף חדש, מניטרוצלולוזה וקורדיט, הושגה מהירות לוע גבוהה בהרבה.
חימוש משני וחימוש ביניים.
אוניות מערכה פרה-דרדנוט נשאו סוללת חימוש משנית, בצד החימוש הכבד. סוללה זו הייתה מורכבת מתותחים בעלי קוטר קטן יותר, בדרך כלל בקוטר 6 אינץ' (152 מ"מ), אם כי אוניות שונות בציים השונים נשאו תותחים בקוטר 4 עד 9.2 אינץ' (102 עד 234 מ"מ). תותחים אלה היו בדרך כלל בעלי קצב אש גבוה. מטרתם הייתה לפגוע בחלקים הפחות מוגנים של אוניית האויב, כמו גשר הפיקוד, ולגרום לשריפות. תפקיד חשוב באותה מידה של החימוש המשני היה לוחמה באוניות הקלות של האויב: סיירות, משחתות וספינות טורפדו. שריונן של אוניות אלו היה קל, וחדיר לפגזי החימוש המשני של אוניות מערכה פרה-דרדנוט. קצב האש הגבוה היה חשוב כדי להשיג פגיעה באוניות אלו, שהיו בעלות כושר תמרון רב. התותחים המשניים מוקמו לעיתים בצריחים, בתאים מיוחדים על גוף האונייה, או על הסיפון, ללא שריון.
כמה מן הציים ניסו להתקין על האוניות מעין חימוש שהיה בעל קוטר קטן מהחימוש העיקרי וגדול מהחימוש המשני, בדרך כלל בקוטר 8 עד 10 אינץ'. הצי האמריקני היה הצי העיקרי שהשיק כמה סדרות של אוניות מערכה פרה-דרדנוט בעלות חימוש כזה; בציים אחרים כמעט שלא היה חימוש כזה.
עם השנים גדל הטווח שבו נערכו קרבות ימיים. במלחמה בין יפן וסין בשנים 1894 – 1895 התנהלו הקרבות בטווח של כ-2,000 מטרים, ולעומת זאת בקרב הים הצהוב, ב-1904, התנהל הקרב בטווח שהיה גדול יותר מפי 3 – 6,500 מטר. הדבר נבע מהטווח הגדל של הטורפדו, אך גם משיפור התותחנות והתקנתם של אמצעי ניהול אש טובים יותר. בעקבות השינוי, החלו בוני האוניות להגדיל את הקוטר של החימוש המשני, שהלך והתקרב לממדיו של חימוש הביניים ואף מעבר לכך.
חימוש שלישוני.
מעבר לחימוש הראשי והמשני נשאו אוניות המערכה פרה-דרדנוט גם חימוש שלישוני, בקוטר קטן יותר, מ-3 אינץ' (76 מ"מ) ועד לקוטר של 0.5 אינץ' (12.7 מ"מ), קוטר של מקלעים. מטרתם הייתה לספק הגנה מפני ספינות טורפדו, ולשטוף באש את הסיפון והמבנה העילי של אוניית האויב.
בנוסף לתותחים נשאו אוניות המערכה פרה-דרדנוט צינורות טורפדו, מעל ומתחת לקו המים. בתקופה זו היו הטורפדות בקוטר של 18 אינץ' (460 מ"מ), והיו בעלי טווח של כמה אלפי מטרים. מעשית, לא ידוע על אוניית מערכה שהצליחה לפגוע באוניית אויב בנשק זה.
מיגון.
אוניות מערכה פרה-דרדנוט נשאו מיגון מפלדה במשקל רב. הניסיון הראה, שעדיף למגן את החלקים הרגישים של האונייה מאשר למגן את כולה. החלק מרכזי של האונייה, שבו היו המנועים והדוודים, היה מוגן באמצעות חגורת המיגון העיקרית של האונייה; חגורה זו החלה מתחת לקו המים ונמשכה עד מרחק מסוים מעליו. מיגון זה נקרא "המצודה המרכזית", ומטרתו הייתה להגן על חלק זה של האונייה מפני הפגזים הגדולים ביותר. החימוש העיקרי של האונייה ומחסני התחמושת היו מוגנים גם הם על ידי מבלטים של המיגון, שכיסו עליהם. מעבר לכך, תקופת אוניות המערכה פרה-דרדנוט התאפיינה במעבר של התותחים הראשיים אל צריחים מוגנים, במקום עמדות פתוחות יותר בעבר. המיגון הלך ונהיה דק ממרכז האונייה אל חרטומה ואל ירכתיה, וגם כלפי מעלה, אל המבנה העילי. הסיפון עצמו היה מוגן בשריון דק, בין 5 ל–10 ס"מ. השריון נועד לבלום פגזים נפיצים.
החל משנות ה-80 של המאה ה-19 היו אוניות המערכה מוגנות בשריון מורכב, שהיה עשוי מתרכובת של ברזל ופלדה. עם השנים נעשו תהליכי עיבוד הפלדה טובים יותר, וניתן היה להרכיב על האוניות שריון דק יותר, בעל אותה רמת מיגון. כך למשל, שריון מורכב בעובי 7.5 אינץ' (19 ס"מ), שהורכב על אוניות מערכה פרה-דרדנוט בסוף שנות ה-80, הוחלף באמצע שנות ה-90 על ידי שריון שיוצר בשיטת קרופ בעובי 5.75 אינץ' (14.5 ס"מ), שסיפק אותה רמת מיגון.
הנעה.
אוניות המערכה פרה-דרדנוט היו מונעות כולן במנועי קיטור. מהירותן המרבית נעה בדרך כלל בין 16 ל-18 קשר (30 – 33 קמ"ש). כמו בכל התחומים, גם בתחום המנועים חלה התקדמות רבה בתקופה זו, והם הפכו יעילים וחסכוניים יותר. הדלק שהניע את אוניות המערכה פרה-דרדנוט היה פחם, אם כי כבר בסוף המאה ה-19 נעשו ניסיונות ראשונים לשימוש בנפט. המנועים סובבו שנים או שלושה מדחפים, שהיו בדרך כלל בעלי שני להבים, אם כי ציי גרמניה וצרפת העדיפו מדחפים בעלי שלושה להבים.
ציים וקרבות.
אוניות המערכה פרה-דרדנוט שירתו בשיאם בציים שהיו מעורבים מאד: באותם ציים שירתו גם סיירות משוריינות, שהיו למעשה אוניות מערכה מוקטנות, סיירות ממוגנות, ואף סיירות ישנות יותר, שלא היו מוגנות כלל בשריון, וכן פריגטות ואוניות אחרות מונעות במפרשים, שהיו עשויות מעץ, ברזל או פלדה. ספינות טורפדו הופיעו בזירה, והחלו לאיים על אוניות המערכה; מולן הופיעו המשחתות הראשונות, שנועדו להתמודד עם איום זה, ובקביל החלו להיבנות הצוללות הראשונות. סוף המאה ה-19 היה בסימנו של מרוץ חימוש ברוסיה וצרפת, שניסו לערער על עליונותו של הצי המלכותי הבריטי. מעצמות נוספות החלו לתפוס את מקומן בין הכוחות הימיים הגדולים: גרמניה, ארצות הברית ויפן.
אוניות מערכה פרה-דרדנוט היו מקובלות בכל ציי העולם, אך לא היו קרבות בין אוניות כאלה לכל אורך התקופה, ורק בסופה, במלחמת רוסיה–יפן ב-1904 – 1905, התנהלו שני קרבות ימיים שבהם נלחמו אוניות מערכה פרה-דרדנוט אלה באלה: קרב הים הצהוב, ב-10 באוגוסט 1904, שהסתיים ללא הכרעה טקטית אך היה ניצחון אסטרטגי יפני, וקרב צושימה, ב-27 במאי 1905, שהיה ניצחון יפני מכריע. במלחמות אחרות שהיו בתקופת הפרה-דרדנוט לא היו קרבות בין אוניות מערכה פרה-דרדנוט: מלחמת סין–יפן הראשונה (1894 – 1895) היו הקרבות בין סיירות, ובמלחמת ארצות הברית–ספרד היו הקרבות בין אוניות מערכה אמריקניות וסיירות ספרדיות.
הצי הבריטי קבע ב-1889 רשמית את מדיניותו, על פיה גודלו של הצי יהיה כגודלם של שני הציים הבאים אחריו בגודלם בעולם גם יחד. מדיניות זו נועדה אז במיוחד כנגד ציי צרפת ורוסיה, שכרתו ב-1890 ברית ביניהן. מ-1895 ועד 1904 בנו הבריטים 39 אוניות מערכה פרה-דרדנוט, בשש סדרות שונות, בנוסף לשני תריסרי אוניות מערכה מיושנות יותר שנותרו בשירות; אוניית המערכה האחרונה מטיפוס זה הושקה אחרי השקתה של דרדנוט (ראו להלן).
צרפת התלבטה במשך כמה שנים לגבי ההרכב הנכון של הצי שלה. אסכולה אחת (ה-Jeune Ecole, האסכולה הצעירה) גרסה שיש צורך בספינות קטנות ומהירות, שיישאו טורפדות, וכך יוכלו להתמודד בהצלחה מול אוניות המערכה של האויב. חשיבה זו הובילה לעיכוב בבניית אוניות מערכה פרה-דרדנוט, ורק ב-1889 הוחל בתחילת בנייתה של האונייה הראשונה מטיפוס זה. לקראת סוף המאה ה-19 התייאשו הצרפתים מן הניסיון להגיע לשוויון מול הצי הבריטי במספר האוניות, אך המשיכו בבנייתן; הצרפתים נפגעו יותר מכל צי אחר מן המהפכה שיצרה השקת הדרדנוט; עשר אוניות מטיפוס פרה-דרדנוט היו בשלבי בנייה שונים בעת ההשקה.
גרמניה הייתה בתחילת בניית הצי שלה בראשית שנות ה-90 של המאה ה-19, אך עד 1905 כבר הייתה המתחרה העיקרית מול בריטניה על השליטה בים, ומרוץ החימוש העולמי העיקרי התנהל בין שתיהן. עד 1905 כבר היו לגרמניה 19 אוניות מערכה פרה-דרדנוט, הודות להשפעתו הרבה של שר הצי שלה, אלפרד פון טירפיץ. ככלל, נשאו אוניות המערכה הגרמניות חימוש פחות כבד מן החימוש הבריטי, אך המבנה שלהן היה חסון ואיתן לפחות כאלה של יריבותיהן.