ガングート級戦艦
艦形
本級の船体形状は前述の通りに平甲板型船体で、本級から艦首に衝角(ラム)を装備するのを廃止し、替わりに砕氷型艦首形状となった。艦首甲板上に新設計の「1907年型 30.5cm（52口径）砲」を三連装砲塔に収め1基、司令塔を組み込んだ露天式の艦橋、単脚式の前部マスト、2本煙突の間に後ろ向きの2番主砲塔を1基配置。2番煙突の背後に前向きの3番主砲塔を1基配置した。3番主砲塔と後部マストの間には艦載艇が並べられ、舷側に設けられたクレーンが片舷1基計2基で運用された。後部甲板上に後部見張り所を基部に立つ単脚式の後部マストがあり、後部マストを挟んで艦尾側に後ろ向きの4番主砲塔1基が配置された。
副砲として12cm単装砲が舷側ケースメイト（砲郭）配置で各主砲塔の舷側部の四か所に張りだし（スポンソン）を設けて1か所あたり2基ずつ配置され、片舷8基計16基が配置された。この時代の大型艦には対艦攻撃用の魚雷発射管が装備されており、本級にも45.7cm魚雷発射管が水線下に4門が設けてあった。艦尾の水線下には楕円形の舵が前後に計2枚あり、主舵と副舵が首尾線上に直列に並ぶという同時期のドイツ帝国海軍の巡洋戦艦にも見られる舵配置方式を採用していた。これは艦尾の幅が狭いために2枚の舵を並列配置することができなかったためである。この武装配置により艦首・艦尾方向に最大で30.5cm砲3門・12cm砲4門、舷側方向に最大で30.5cm砲12門・12cm砲8門・45.7cm魚雷発射管2門が指向できた。
主砲
本級の主砲は新開発の「1907年型 30.5cm（52口径）砲」を採用している。これを新設計の三連装砲塔に納めた。その性能は重量470.9 kgの主砲弾を最大仰角20度で射距離23,230 mまで届かせる事ができる性能で、射距離9,140mで舷側装甲352mmを、射距離18,290 mで207mmを貫通できる性能であった。砲身の仰角は25度/俯角5度で動力は蒸気機関による水圧駆動であり、補助に人力を必要とした。旋回角度は1番・4番主砲塔が左右155度、2番・3番主砲塔は左右150度の旋回角が可能であったが前後を艦上構造物に挟まれているために射界に制限があった。装填機構は自由角度装填で仰角15度から俯角5度の間で装填でき、発射速度は竣工時は毎分1.8発であった。
WW1後の近代化改装により砲身の上下角度は、最大仰角は40度まで引き上げられ、これに伴い最大射程は28,710 mまで伸ばされた。また、機力装填装置の改良で装填角度は仰角6度の固定角装填になった替わりに発射速度が上がり、毎分2.2発の発射が可能となった。
副砲、その他武装等
前級の副砲は20.3cm砲を採用していたが、本級の副砲は速射性を重視して「1905年型 12cm（50口径）速射砲」を採用した。それは重量28.97 kg の砲弾を最大仰角20度で射距離13,718 mまで届かせる事ができる性能を持っていた。発射速度は毎分7発、仰角は20度・俯角10度で動力は人力を必要とした。砲架は露天では360度の旋回角度を持っていたが、実際は舷側配置のために射界は制限があった。
その他に対水雷艇迎撃用にフランスのオチキス社からライセンス生産した「1883年型 4.7cm（43.5口径）速射砲」を単装砲架で4基装備した。対艦攻撃用に45.7cm水中魚雷発射管を単装で4基を装備した。
就役後の武装転換
第一次世界大戦1後の近代化改装により対空火器が追加され「1935年型 7.62cm（55口径）高角砲」を採用した。その性能は重量11.5 kgの砲弾を最大仰角85度で最大射高8,970 mまで届かせる事ができる性能であった。発射速度は毎分15～18発、仰角は85度/俯角5度で動力は人力を必要とした。射界は露天では360度の旋回角度を持っていたが実際は上部構造物により射界は制限があった。これを防盾の付いた単装砲架で1番.4番主砲塔上に3基ずつの計6基配置した。
他に近接対空にオチキス社の「13.2mm（76口径）機関銃」を4連装砲架で6基と単装砲架で12基を搭載したが、更に1942年に前部艦橋と後部艦橋の上部に「1942型 4.5cm（68口径）機関砲」を単装砲架で3基ずつ計6基を増設した。これら対空火器の口径は同時期の列強海軍に比べて若干、口径が小さく感じられるが、これは霧の立ち込めるバルト海では航空機は高空を飛べないので、「この程度で充分」とソ連海軍では考えられていたためである。なお、機銃等は艦により搭載数がまちまちで詳しい数は不明である。
機関
本級の機関はヤーロー式石炭・重油混焼水管缶25基とパーソンズ式直結型タービンを高速タービン1基と低速タービン1基ずつを1組として2組4軸を組み合わせ、最大出力42,000馬力、速力23.4ノットを公試で発揮した。燃料タンクは石炭1,000トンと重油1,170トンを搭載し、速力16ノットで4,000海里、もしくは10ノットで5,000海里を航行できると計算され、バルト海や黒海で行動するに充分な航続性能を持っていた。
本級の機関配置は船体内に等間隔に配置された4基の主砲塔の弾薬庫の間に詰め込んだため、変形した缶室・機関配置となっている。艦首から記述すると1番主砲塔と2番主砲塔の間にある艦橋直下に1番ボイラー室が配置して1番煙突が立つ。2番主砲塔と3番主砲塔の間に2番ボイラー室が配置されて2番煙突が立つ。3番主砲塔と4番主砲塔の間にタービン室が設けられ、高速型1基と低速型1基を1組として計2組4基を並列配置で配置した。
弾薬庫と機関室が隣接する配置は当時は本級だけに限らないが、生存性の点で危険な設計であった。実際の戦闘において、本級「ペトロパブロフスク」（マラート）は、独ソ戦中の1941年9月23日にハンス・ウルリッヒ・ルーデル（Hans-Ulrich Rudel）大佐の操縦するドイツ空軍機Ju 87の落とした1トン爆弾を艦橋基部に受けた。主甲板を難なく貫いた爆弾は1番ボイラー室で炸裂し、船体を切断する程のダメージを与えて大破させた。幸い、破砕箇所は2番主砲塔弾薬庫の手前であったために水密隔壁への浸水を免れて大部分の船体は助かった。だが、もし被弾箇所が前方向に数mずれて、1番主砲塔の弾薬庫に爆弾が飛び込んだ場合、本級の防御強化型であるインペラトリッツァ・マリーヤ級1番艦「インペラトリッツァ・マリーヤ」でさえ主砲塔弾薬庫の火災により爆沈している事実からすれば、弾薬庫の誘爆により水密隔壁を吹き飛ばされ、爆沈することも十分に考えられ、本級の機関配置は危険極まりない配置であった。
艦体構造
本級の船体設計は、基本的に前級であるインペラートル・パーヴェル1世級を弩級戦艦のスタイルに改めたものである。日露戦争時の戦訓によって浸水を防ぐべく舷窓を少なくする設計を前級から踏襲したために換気能力の低下をもたらし、冬季は保温に優れるが、夏場は通風不良によって乗員の体調を損なうという欠陥もそのまま引き継いでしまった。
艦体の材料に高張力鋼を採用して船体重量の軽量化を図ったが、初めての採用であったため船体強度の計算に問題を起こした。このため建造工事を中断して設計をやり直し、建造期間が延びる結果となった。この時の設計ミスにより主砲斉射時には船体が耐えられなかったと伝えられている。この船体の強度不足は、1920年代の近代化改装の時に補強工事を行って改善された。
防御
本級の防御方式は準弩級戦艦時代と同じく全体防御方式を採用しており、艦首から艦尾直前までの水線部の広範囲にわたって防御された。水線部の1番主砲塔から4番主砲塔の間にかけての117.2mの範囲に末端部は152mmから中央部は最大厚さ225mmの主装甲が張られ、艦首にかけては150mmから125mm→100mmへと薄くなった。
副砲ケースメイトを含む、水線装甲から中甲板までの上側の広範囲には125mm装甲が張られて防御され、艦首と艦尾部は75mm装甲で守られていた。舷側から内部の縦隔壁にも断片防御として38mmから51mmの装甲が張られた。舷側水線下の水密隔壁には最大で38mm装甲が張られて防御された。水密区画は2層式で、そのうち1層はそのまま艦底部の二重底にまで伸ばされていた。副砲ケースメイト部は125mm装甲だが、副砲の基部の防盾は75mmであった。
甲板の防御は最上甲板が12mm、その下の中甲板が25mmで、主甲板は水平部が25mmで舷側装甲と接続する傾斜部は50mmであった。甲板上の司令塔は最大厚250mm装甲が側面に貼られ、天蓋部は100mm装甲であった。煙突の基部は22mmの装甲で防御されていた。
主砲塔は前盾と側面部が203mm、天蓋部は76mmであった。その主砲塔を支えるバーベット部の装甲厚は甲板上は203mmで甲板から下は150mmから75mmへとテーパーした。これは同世代の弩級戦艦「ドレッドノート」の主砲前盾と舷側装甲が279mmである事を考慮すれば防御力不足であった。
第二次改装時からその後
「ペトロパブロフスク」は1937年5月10日～6月5日にイギリスで行われた「ジョージ6世戴冠記念観艦式」にソ連海軍代表として参列した。第二次世界大戦開始時には「ガングート」「ペトロパブロフスク」はバルト海で、「セバストーポリ」は黒海でドイツ軍と闘ったが、基本的に沿岸海軍だったソ連海軍は艦隊戦などを行う技量はなく、艦砲射撃などの対地支援任務が主であった。なお、「ペトロパブロフスク」は艦名が「マラート」であった頃の1941年9月に爆撃を受けて艦首から割れて大破着底したが、後に艦後部のみ浮揚・修理されて砲術練習艦となり、海上砲台として大戦中を戦った。
大戦を生き残った残り2隻を含む3隻は練習艦に類別されて1950年代まで使用された。