Было решено применить считавшуюся в то время равной по сопротивляемости "слоеную" конструкцию: прилегавшие к обшивке уступа под броню горизонтальные 229-мм тиковые брусья, 25,4-мм железные листы, вертикальные 203-мм тиковые брусья с установленными между ними железными угольниками той же высоты и 114-мм наружные броневые плиты. 203-мм угольники под плиты должны были препятствовать их прогибу при ударе снаряда, устраняя опасность разрыва броневых болтов, массивный слой тиковой подкладки – смягчить удар снаряда, предотвращая разрывы заклепок обшивки и набора уступа корпуса, а слой внутренней брони (25,4 мм) – задерживать снаряды, пробившие наружную плиту.
Обшивка уступа (14,3 мм) обеспечивала водонепроницаемость корпуса и представляла собой последний рубеж защиты. Такая конструкция, по мнению С.И. Чернявского, обеспечивала лучшую сопротивляемость ударам снарядов, чем на "Беллерофоне". Важными считались и технологические преимущества двухслойной брони, более высокого качества и меньшей стоимости. Толщина лобовой брони башен увеличилась до 165, а боевой рубки осталась прежней – 127 мм.
Перегрузка в 240 т потребовала увеличения средней осадки на 0,3, а кормой до 5,6 м. Это считалось допустимым "без особенных неудобств к плаванию".^ Для сохранения прежней высоты надводного борта (1,52 м) и положения броневого уступа в корпусе относительно ватерлинии пришлось на 0,3 м увеличить и высоту борта.
Вместо двухлопастных подъемных винтов применили более эффективные трехлопастные диаметром 4,57 м, что уменьшало потерю скорости, вызванную увеличением водоизмещения. С той же целью решили еще раз изменить теоретические чертежи. Вместо обычных применили балансирные рули, необходимость которых начальник эскадры броненосных судов контр-адмирал И.Ф. Лихачев обосновал в докладной записке от 26 октября 1865 г. Его предложение было поддержано, при этом подчеркивалось достоинство новых рулей – возможность поворачивать "малой силой", что позволяло резко повысить надежность рулевых приводов, избежать перегрузок, от которых нередко выходили из строя рулевые устройства на батареях "Первенец" и "Не тронь меня". Увеличивались углы перекладки рулей, и, следовательно, сокращалось время поворота корабля, и улучшалась его маневренность.
В декабре 1865 г. изменения коснулись и энергетических установок, заказанных заводу Карра и Макферсона. Для достижения оговоренного контрактом пятикратного повышения индикаторной мощности над нарицательной (400 л. с.) решили на 25%, по сравнению с английскими нормами, увеличить площадь колосниковой решетки и нагревательную поверхность котлов, а диаметры цилиндров машин увеличить до 1730 мм, предусмотрев приспособления для отсечки пара. Для выработки пара давлением 1,76 атм для горизонтальных двухцилиндровых машин прямого действия системы Гомфрейса предусматривалось пять огнетрубных котлов (коробчатого типа) с горизонтальными трубками диаметром 64 мм и обратным ходом дыма. Запас угля (около 260 т) обеспечивал бы дальность плавания 1200-1500 миль при скорости 9 уз.
В связи с запросом в январе 1865 г строителя Н.Г. Коршикова, приступавшего к разработке чертежей внутреннего расположения помещений и артиллерийских погребов "Грейга", выяснилось, что вместо ранее предполагавшихся 381-мм гладкоствольных орудий будут поставляться 229-мм стальные нарезные орудия, производство которых еще только налаживалось Обуховским заводом с помощью завода Круппа.
В марте следующего года на кораблях решили внедрить еще одно новшество по примеру броненосца "Беллерофон" – проложить под вторым дном водоотливную трубу, предназначавшуюся для откачки скапливающейся там воды. Существовало мнение, что так можно обеспечить "сухость" на всем протяжении междудонного пространства. Однако строитель "Грейга" Х.В. Прохоров считал, что такое решение было бы приемлемым в начале постройки корабля, теперь же его осуществление вызывало крайне трудоемкую и не безопасную для прочности корпуса работу по вырубанию во флорах прохода для труб. В связи с этим решили установить трубы не по всей длине корабля, а только в тех местах двойного дна, где вода может застаиваться.
Учитывая опыт пострадавшего в бурю 1862 г. английского фрегата "Принц Консорт", решили увеличить высоту комингсов люков на верхней палубе до 400 мм; кроме того, по примеру итальянского корвета " Аффондаторе", в крышах башен предусматривались отверстия для прицелов, защищенные гласисами (невысокие броневые плиты), "для выхода дыма и протравки запалов". На "Лазареве" применили упрощенную конструкцию форштевня – из листового железа. На "Грейте" штевни установили кованые.
По примеру корвета "Минин", однослойные броневые палубы (25,4-мм) всех строившихся кораблей решили заменить двухслойными. Между слоями (верхний толщиной 15,9 и нижний 9,5 мм) прокладывался слой толстого сукна или тонкого плотного войлока "с окраской по положению". Считалось, что такая конструкция, более технологичная за счет применения малых толщин, позволит (благодаря устранению верхних планок по стыкам) лучше отражать удары снарядов.