Opancerzenie „Yamato” był także najciężej opancerzonym okrętem wszech czasów. Całkowita masa opancerzenia wynosiła 22 895 ton. Główna część jednostki chroniona była wewnątrz ogromnej cytadeli, której boczne ściany stanowił pancerz Vickersa o grubości 410 mm, zdolny znieść uderzenie pocisku przeciwpancernego kalibru 460 mm wystrzelonego z odległości 20 000 metrów. Ściany frontowa oraz tylna cytadeli zbudowane były z pancerza 240–300 mm, zaś grubość pancerza pokładu przekraczała 228 mmJay Amundson: The Battleship Era 1860 to 1992, s. 241..
Powszechnie uważa się, że opancerzenie głównych wież artyleryjskich okrętu zdolne było wytrzymać ostrzał z najlepszych dostępnych ówcześnie działJay Amundson: The Battleship Era 1860 to 1992, s. 8.. W momencie powstania uważano też, że opancerzenie oraz struktura kadłuba „Yamato”, obok francuskiego pancernika „Jean Bart” oraz amerykańskiego USS „Tennessee”, należą do najlepiej chroniących okręt przed eksplozjami podwodnymi. Już jednak wprowadzone do użytku w trakcie wojny amerykańskie i japońskie torpedy lotnicze udowodniły, że są w stanie przełamywać tę ochronę.