Бортовая броня рассчитывалась на противостояние немецким 280-мм снарядам, имевшим начальную скорость 855 м/с, но благодаря принятым мерам "Страсбург" мог выдерживать и попадания новых французских 380-мм снарядов, выпускаемых из орудия 380-мм/45 (Модель 1935) с дистанции 24500 м и выше. Более того, конструкторы надеялись, что наклон брони увеличит вероятность рикошета или разлома снарядов, отчего её сопротивляемость окажется выше, чем приведенные выше цифры.
Оба корабля имели три главных броневых траверза: на концах цитадели и третий в корме за рулевым приводом, а также несколько главных поперечных водонепроницаемых переборок из STS, выполнявших также функцию противоосколочной защиты. Толщина главных траверзов, отличавшаяся на двух кораблях, определялась в результате глубокого анализа углов падения немецких 280-мм снарядов. На "Дюнкерке" носовой траверз состоял из 210-мм закаленной с наружной стороны (цементированной) брони на 18-мм подкладке из STS, но вне главных противоторпедных переборок он утоньшался до 130 мм цементированной брони на той же подкладке. Уменьшение внешнего сегмента делалось для экономии веса. Особенного риска здесь не было, т.к. снаряд, попавший в эту часть корабля, прежде, чем проникнуть в погреба, должен был пробить главный пояс. Более толстая центральная часть траверза защищала от продольного огня. На "Страсбурге" её сделали в 260 мм. Двухслойные бронеплиты проходили перед носовыми потребами ГК от главной броневой палубы до тройного дна. Броня кормового траверза цитадели располагалась иначе из-за продолжения нижней бронепалубы в корму для защиты погребов вспомогательного калибра и рулевого привода. Участок траверза между бронепалубами имел 180-мм броню "класса А" на "Дюнкерке" и 210-мм не "Страсбурге" при одинаковой подкладке из 18-мм слоя STS, а под нижней бронепалубой траверзы на обоих кораблях имели 80-мм толщину. Такое уменьшение толщины оказалось возможным, поскольку нижняя бронепалуба участвовала вместе с траверзом в недопущении снаряда в кормовые погреба 130-мм артиллерии. Кормовой траверз за помещением рулевого устройства состоял из 100-мм брони "класса А" ("Дюнкерк") на 50 мм STS или цельной 150-мм плиты ("Страсбург"). Носовая переборка этого помещения имела только 50-мм броню, т.к. защищалась дополнительно более толстой бортовой и палубной броней.
Некоторые главные поперечные переборки (например, по бокам помещения дизель- генераторов, между 330-мм погребами, кормовая переборка турбинного отделения, носовая переборка 130-мм погребов и переборка между кормовым траверзом и помещением рулевого устройства) для обеспечения противоосколочнОй защиты изготавливались из 18-мм плит STS. В целом, противоосколочная защита из-за ограниченного водоизмещения оказалась слабой. Дымоходы котлов на высоту межпалубного пространства над главной броневой палубой защищались 20-мм броней, а отверстия в палубе для прохода дыма и газов прикрывались броневыми колосниками. Плиты из 20 мм STS использовались для главных продольных переборок и некоторых поперечных между бронепалубами. Носовая часть надстройки от действия дульных газов при стрельбе 330-мм орудий обшивалась 10-мм плитами из STS.
