Главный калибр состоял из девяти орудий SC С/28 калибра 280 мм, установленных в трех трехорудийных башнях – две башни в носу и одна в корме. Орудия главного калибра полностью идентичны орудиям главного калибра карманных линкоров. Вспомогательное вооружение представлено 12 пушками SC С/28 в четырех двухорудийных башнях и четырех одинарных установках. На момент вступления кораблей в строй средства ПВО включали 14 105-мм орудий SC С/33 в семи спаренных установках, 16 37-мм пушек SK С/30 в спаренных установках и десяти 20-мм зениток Flak-38 в одинарных установках. Накануне войны 20-мм зенитные автоматы сняли, взамен в 1941 г. установив счетверенные зенитки Flakvierling-38, также имевшие калибр 20 мм. На «Шарнхорст» поставили шесть счетверенных 20-мм зениток, максимум.
Оба корабля проектировались без торпедных аппаратов, но на оба броненосца в 1941 г. поставили по два 533-мм трехтрубных торпедных аппарата, торпедные аппараты были смонтированы на главной палубе. Эти торпедные аппараты ранее стояли на легких крейсерах кригсмарине, на «Шарнхорсты» их перенесли, ничего при этом не изменив. Торпедные аппараты стреляли стандартными парогазовыми торпедами G7.
Стрельба главного калибра управлялась с помощью пяти оптических дальномеров с базой 10,5 м. По одному дальномеру установлено на носовой и кормовой надстройках и по одному – на каждой башне главного калибра. В ноябре 1939 г. оба «Шарнхорста» установили РЛС FuMO-22, размеры антенны РЛС – 2 х 6 м. Антенны ставились выше оптического дальномера, установленного на носовой надстройке. Эти РЛС оставались на корабля до самого окончания карьеры броненосцев. Летом 1941 г. в Бресте над кормовыми оптическими дальномеров обоих кораблей поставили антенны системы FuMB Ant 6 Palau и FuMB 4. Эти антенны установили в преддверии начала операции «Церберус» – прорыва через Ла-Манш. «Шарнхорст» и «Гнейзенау» успешно прошли Английским каналом в феврале 1942 г.