Под руководством конструктора Дж. Портера уцелевшая жилая палуба была превращена в орудийную, в центральной части корпуса из дубовых и сосновых досок толщиной в два дюйма построили прямоугольный каземат, длиной около 50 м. Носовая и кормовая оконечности имели длину по 50 футов, и каземат— 180 футов. На крыше каземата были расположены 4 люка. Каземат был слишком узок, чтобы можно было размещать орудия левого и правого бортов друг напротив друга, поэтому пришлось расположить их в шахматном порядке. Деревянные борта каземата из сосны и дуба имели наклон 36 градусов и защищались двумя положенными крест-накрест слоями броневых полос, прокатанных из рельсов общей толщиной в 102 мм; позади брони поставлен толстый слой дерева. Наружная сторона была обильно смазана жиром, чтобы максимально увеличить вероятность «соскальзывания» вражеских ядер. Внутри каземата было очень темно, и на время выхода в море в нем развешивались фонари.
Единого мнения об успешности проекта не существовало. Капитан Чарльз Макинтош (Charles McIntosh), позднее командовавший «Луизианой» и погибший при взятии Фаррагатом Нового Орлеана, заявил механику «Вирджинии» X. Эштону Рэмси (Н. Ashton Ramsey) прямо перед отплытием: «Прощайте, Рэмси, я вряд еще Вас увижу. Она («Вирджиния») станет вашим гробом».
Корабль водоизмещением около 4000 тонн приводился в движение двумя двухцилиндровыми паровыми машинами. Скорость «Вирджинии» до сих пор остается предметом споров. Идя вниз по реке, при попутном течении, она развивала около восьми-девяти узлов. В первый день боя на Хэмптонском рейде максимальная скорость была шесть узлов (и семь узлов — до принятия балласта). Но, после потери дымовой трубы и тарана, скорость упала до четырех-пяти узлов. Но то, что радиус поворота «Вирджинии» был просто огромным, не является тайной — на циркуляцию уходило до получаса.
Вооружение корабля составляли десять пушек — шесть гладкоствольных 9-дюмовых орудия системы Дальгрена (Dahlgren) и 4 нарезных орудия системы Брука (Brooke) — два 7-дюймовых и два 9-дюймовых. Две 7-дюймовые нарезные пушки Брука на поворотных станках весили по 7.5 тонн и могли вести огонь либо 100-фунтовыми бомбами, либо 120-фунтовыми ядрами. Бортовые нарезные орудия калибра 6.4 дюйма весили по 4.5 тонны, бомбы и ядра соответственно — 65 и 80 фунтов. Две гладкоствольные пушки, ближайшие к топкам и бывшие самыми слабыми пушками на «Вирджинии» (отличавшимися при том, из-за увеличенного зазора между ядром и стенками ствола, сильным дульным пламенем), стреляли калеными ядрами, нагрев которых должен был происходить в этих топках. Других сплошных снарядов, кроме них, на борту корабля не было — в боекомплект орудий Брука входили только бомбы, хотя Брук и разработал удлиненное ядро, которое предполагалось раскалять для стрельбы по деревянным кораблям, и намеревался использовать изобретенный в 1858 году англичанином Джозефом Уитвортом (Joseph Whitworth) предназначенный для пробивания брони снаряд с плоской головной частью. Косяки портов возвышались над водой только на 1,5 м, мачт не было. Ожидание снарядов привело бы к пагубному промедлению, но их отсутствие тоже не пошло на пользу операции.
Если бы для строительства «Вирджинии» были бы задействованы дополнительные возможности, то ее можно было бы ввести в строй много раньше. На одно только ожидание бомб и 18 000 фунтов пороха ушло непомерно много времени и усилий. Работы, будто назло офицерам корабля, велись очень медленно.
«Вирджиния» отнюдь не была хорошим военным кораблем. При ее спуске на воду она сидела в воде на три фута выше, чем следовало, и потребовался балласт, чтобы заглубить ее оказавшуюся незащищенной ватерлинию. Строители добавили к обшивке еще 80 тонн чугунных чушек, в результате чего осадка корабля составила 23 фута, над поверхностью воды осталось всего несколько дюймов корпуса корабля и возвышался бронированный каземат. После вошедшего в историю сражения, на дистанции всего десять миль — столько было между Хэмптоном и Норфолком — на корабле случилось пять поломок, одна только машина дважды выходила из строя. Джон Портер, обсуждая с командиром корабля одну из поломок, заявил, что, по его мнению: «Вирджиния» не может выходить в открытое море и дефекты ее машины достаточно серьезны для того, чтобы стать серьезным препятствием для ее действий даже в тихих водах Элизабет Ривер и Хэмптонского рейда».
Помимо экипажа на борту находились 54 морских пехотинца под командованием капитана Рубена Т. Тома (Reuben Т. Thom).