На конструкцию линкоров типа «Южная Дакота» оказали влияние те же самые факторы, что и на конструкцию кораблей типа «Северная Каролина» — и те. и другие попадали под ограничения Вашингтонского договора. Различие заключалось в соблюдении пропорции «броня — главный калибр». Бронирование новых линкоров усилили на 25 % по сравнению с предшественниками с целью обеспечения защиты от попадания снарядов калибра 16 дюймов, ибо главный калибр линкора — как раз 16 дюймов. При существующем лимите на водоизмещение увеличить толщину брони можно было только за счет использования новых технологий. Стенки бронепояса наклонили еще на 4 градуса (наклон составил 19 градусов), толщина при этом была увеличена на четверть дюйма (составила 12, 25 дюймов). Такой бронепояс был устойчив к попаданию стандартных 16-дюймовых снарядов при обстреле ими корабля с дистанций 16–28 км. В то же время наряду с совершенствованием бронезащиты велось совершенствование снарядов. «Южные Дакоты» (и «Северные Каролины») фактически стреляли не «стандартными», а на 210 кг более тяжелыми бронебойными 16-дюймовыми снарядами. Для такого снаряда «Южная Дакота» оставалась неуязвимой в диапазоне дистанций стрельбы 18, 5 — 24 км.
Все пространство, прикрытое бронепоясом до самого днища, делилось тремя продольными переборками на отсеки в целях снижения уязвимости корабля от взрыва торпеды. В теории такая система противоторпедной защиты обладала преимуществами перед внешними противоторпедными булями «Серных Каролин». На практике преимущества противоторпедной защиты «Южных Дакот» проверить не удалось, к вящей радости экипажей этих линкоров. Впрочем, когда «Индиана» протаранила «Вашингтон», то через пробоину в правом борту приняла воды больше, чем можно было предположить, опираясь на заверения конструкторов. Возникла даже опасность затопления «Индианы».
Схема бронирования «Южных Дакот» давала вдвое больший уровень защиты по сравнению с бронированием «Северной Каролины». Платой за усиление уровня защиты. который обеспечивала бронированная цитадель, стало уменьшение длинны броневого пояса — иначе конструкторы не имели шансов вписаться в ограничение по водоизмещению — 35 000 т. Длина «Южной Дакоты» по ватерлинии была сокращена на 15 м (до 203 м), а расстояние между поперечными бронеперегородками цитадели — на 23 м (до 114 м). При этом ширина корабля осталась неизменной — в силу необходимости размещения громоздких силовых установок. Удлинение корабля уменьшилось.
Поэтому для того, чтобы сохранить скорость полного хода на прежнем уровне требовалось увеличить суммарную мощность силовой установки на 11.5 % (135 000 л. с. против 121 000 л. с.). Опять на помощь пришли высокие технологии, которые позволили увеличить мощность при сокращении длинны машинного отделения на 25 %.
Более короткий корпус сделал «Южную Дакоту» более маневренной и более устойчивой на курсе по сравнению с «Северной Каролиной». По всем параметрам новые линкоры превосходили своих предшественников. По всем, кроме одного — на новых кораблях пришлось пойти на серьезное ухудшение условий обитаемости экипажей. С другой стороны, моряки «Южных Дакот» обитали в условиях гораздо более комфортабельных. чем моряки большинства военно-морских флотов мира.
Система пассивной защиты линкоров типа «Южная Дакота» в боевой обстановке была проверена лишь единожды. Во второй битве при Гуадалканале «Южная Дакота» получила 27 прямых попадании снарядов калибра от 5 до 14 дюймов. Повреждения не защищенных броней частей корабля оказались очень серьезными, начался пожар надстройки, вышло из строя радиолокационное оборудование, но линкор остался на плаву и сохранил свои основные боевые возможности. Выход из строя радиолокатора оказал сильнейшее психологическое влияние па команду. Радиолокация появилась на флоте совсем недавно, но уже стала абсолютно необходимой. Именно выход из строя РЛС. прежде всего, заставило командование вывести линкор из боя.