В один день, 3 июня 1909 года, на Балтийском заводе прошли торжества по поводу закладки линкоров "Севастополь" и "Петропавловск", а на Адмиралтейском - "Гангут" и "Полтава". По указанию председателя МТК, в целях ускорения разработки конструкторской документации, инженеры и чертежники Адмиралтейского завода стали работать совместно с сотрудниками технического бюро Балтийского завода, выпуская вместе с ними рабочие чертежи на все четыре корабля. К январю 1910 года окончилась разработка основных корпусных чертежей.
Артиллерия главного калибра состояла из двенадцати 305-мм орудий с длиной ствола 52 калибра, размещеных в четырех трехорудийных башнях. Башни были расставлены так, чтобы иметь возможность вести огонь на любой из бортов в следующих секторах: первая - от 0 до 155°; вторая и третья - от 25 до 155°; четвертая - от 25 до 180°. Таким образом, все орудия могли открыть огонь по цели, находящейся на курсовых углах от 25 до 155°, и, тем самым, сектор совместного бортового залпа имел угол 130°. Вертикально орудия могли наводиться либо раздельно, либо по два, по три вместе. Сектор вертикального наведения находился в пределах от - 5° до +25°; время наведения в этих пределах составляло не более 10 с, наибольшая скорость горизонтального наведения - 3 град/с. Время заряжания на углах возвышения до 13°, соответствовавшему дальности стрельбы 90 кб, составляло 40 с. При больших углах возвышения время между залпами доходило до 60 с. Броня боковых и лобовой стенок башен имела толщину 203 мм, а задней стенки, являвшейся одновременно и противовесом - 305 мм. Крыша башни была прикрыта 76-мм броней. Бронированные барбеты прикрывали встроенные в корпус цилиндрические фундаменты. Внутри каждого фундамента размещался конический вращающийся стол. На верхней его плоскости находилась собственно бронированная орудийная башня с орудийными станками внутри. Стол опирался на шары, катавшиеся в кольцевом погоне фундамента. Снизу к столу крепилась труба подачи боезапаса. От бокового смещения башня удерживалась подпружиненными вертикальными катками, размещенными между фундаментом и цилиндрической частью податочной трубы. В нижней части вся вращающаяся конструкция центровалась штырем, входившим во втулку находившегося на днищевом перекрытии фундамента. В подбашенном отделении размещались погреба боезапаса объемом из расчета 100 выстрелов на орудие. Снаряды и полузаряды хранились в них раздельно. Наводка, подача боезапаса в башню, открывание и закрывание замков, подача в ствол снарядов и полузарядов осуществлялись механизмами, имевшими электрический и гидроэлектрические приводы.

Противоминная артиллерия в составе шестнадцати 120-мм орудий с длиной ствола 50 калибров размещалась в казематах средней палубы, образованных бортом и продольной переборкой. В каждом каземате, разделенном бронированным траверсом, было установлено по два орудия. Орудия вращались на основаниях, которые были жестко скреплены с кольцевыми щитами из противоосколочной брони, прикрывавшими амбразуры и вращавшимися вместе с орудиями. Сектора горизонтальной наводки позволяли сосредотачивать огонь не менее четырех орудий по находившейся на любом курсовом углу цели. Углы возвышения орудий противоминной артиллерии составляли 25°. Проектный боезапас, размещенный в погребах под казематами, составлял 250 (впоследствии до 300) выстрелов на орудие.

Для управления стрельбой главного и противоминного калибров корабли были оборудованы системой Гейслера. В ее комплекс входили приборы, задающие данные, электрические цепи передачи информации, принимающие приборы. Для измерения дистанций предназначались два оптических шестиметровых дальномера, установленных на мостиках над боевыми рубками. Данные для ведения огня подготовлялись непосредственно под руководством находившегося в боевой рубке старшего артиллерийского офицера. В этих данных, исходя из требований баллистических таблиц, учитывались курс, скорость, как собственная, так и корабля противника, время полета снаряда, плотность воздуха, направление и скорость ветра, отклонение снаряда за счет вращения, а также многие другие параметры. Кроме того, каждая башня и каждый противоминный плутонг могли выбирать цель и вести огонь по ней самостоятельно.

В соответствии с проектом, предполагалось установить на каждом линкоре по восемь 75-мм, четыре 47-мм и четыре 63,5-мм зенитных орудия. Но фактически из-за нехватки пушек такого назначения на «Севастополь» установили по два 75-мм и одному 47-мм орудию. Несмотря на всю спорность вопроса о необходимости торпедного вооружения на кораблях такого класса, на линкорах установили по четыре бортовых 450-мм подводных торпедных аппарата с боезапасом по три торпеды на аппарат.

Котельная установка состояла из 25 котлов системы Ярроу, размещенных в четырех котельных отделениях. Первое котельное отделение находилось между 40 и 46 шп. В нем размещалось три малых котла, предназначенных для использования только жидкого топлива; площадь нагревательной поверхности каждого их них равнялась 311,9 м2. Ос