Pháo hạng nặng và các tháp súng phía trước trên thiết giáp hạm Nhật Bản Mikasa.

Thiết giáp hạm tiền-dreadnought mang nhiều cỡ nòng pháo khác nhau cho những vai trò khác nhau trong hoạt động chiến đấu chống tàu đối phương. Dàn pháo chính gồm bốn khẩu pháo hạng nặng bố trí trên hai tháp pháo xoay đặt dọc theo trục giữa ở trước mũi và phía đuôi tàu. Rất ít thiết giáp hạm tiền-dreadnought đi chệch khỏi cách sắp xếp này. Những khẩu pháo này có tốc độ bắn chậm, và thoạt đầu có độ chính xác hạn chế; dù sao chúng là những khẩu pháo duy nhất đủ nặng để có thể xuyên thủng lớp vỏ giáp dày bảo vệ động cơ, hầm đạn và các khẩu pháo chính của thiết giáp hạm đối phương.[11]

Cỡ nòng pháo phổ biến nhất cho dàn pháo chính là 305 mm (12 inch); thiết giáp hạm Anh bắt đầu từ lớp Majestic trở đi mang cỡ pháo này, giống như của Pháp kể từ lớp Charlemagne đặt lườn năm 1894. Nhật Bản, vốn nhập khẩu hầu hết pháo của họ từ Anh, dùng pháo 305 mm (12 inch). Hoa Kỳ sử dụng cả pháo 305 mm (12 inch) và 330 mm (13 inch) trong hầu hết thập niên 1890 cho đến lớp Maine đặt lườn năm 1899, và sau đó chỉ có 305 mm (12 inch) được dùng. Người Nga sử dụng cả hai cỡ 305 mm (12 inch) và 254 mm (10 inch) làm vũ khí chính của họ; các lớp Petropavlovsk, 'Retvizan, Tsesarevich và 'Borodino có dàn pháo chính 305 mm (12 inch) trong khi lớp Peresviet trang bị pháo 254 mm (10 inch). Lớp thiết giáp hạm tiền-dreadnought đầu tiên của Đức sử dụng pháo 279 mm (11 inch) nhưng giảm xuống cỡ 239 mm (9,4 inch) trên hai lớp tiếp theo sau, trước khi quay lại cỡ 279 mm (11 inch) cùng với lớp Braunschweig.[12]

Thiết giáp hạm Nhật Bản Mikasa, một chiếc tiền-dreadnought tiêu biểu trên nhiều khía cạnh; đáng chú ý là vị trí của pháo hạng hai và hạng ba, và vỏ giáp tập trung trên tháp pháo và các khoang động cơ.Thiết giáp hạm HMS Agamemnon, một ví dụ cho việc kết thúc sử dụng pháo cỡ trung gian, với tám khẩu 234 mm (9,2 inch) và bốn khẩu 305 mm (12 inch) trên sáu tháp pháo bố trí giữa tàu.

Trong khi cỡ nòng của dàn pháo chính khá ổn định, khả năng thể hiện của chúng được cải thiện nhờ áp dụng nòng pháo dài hơn. Việc phát triển thuốc nổ nitrocellulose cháy chậm và thuốc phóng cordite cho phép sử dụng một nòng pháo dài hơn, cho phép có lưu tốc đầu đạn lớn hơn, và do đó cải thiện cả tầm xa lẫn sức mạnh đâm xuyên cho cùng một cỡ (đường kính) đạn pháo.[13] Trong giai đoạn giữa của lớp Majestic cho đến khi ra đời chiếc Dreadnought, chiều dài nòng pháo 305 mm (12 inch) của Anh đã gia tăng từ cỡ nòng (caliber)[14] từ 35 lên 45 và lưu tốc đầu đạn tăng từ 737 m/s lên 830 m/s (2.417 - 2.725 ft/s).[15]

Thiết giáp hạm tiền-dreadnought còn mang một dàn pháo hạng hai, bao gồm các khẩu pháo nhỏ hơn, tiêu biểu là cỡ pháo 152 mm (6 inch), cho dù mọi cỡ nòng từ 100 mm đến 230 mm (4-9,2 inch) đều có thể sử dụng. Hầu như mọi khẩu pháo hạng hai đều thuộc kiểu "bắn nhanh", áp dụng một số cải tiến để tăng tốc độ bắn. Thuốc phóng được cung cấp trong những vỏ đạn bằng đồng, và cả cơ chế vận hành của khóa nòng lẫn bệ gắn đều cho phép nạp đạn và ngắm bắn nhanh chóng.[16]

Vai trò của dàn pháo hạng hai là nhằm gây hư hại cho những phần ít được bảo vệ của thiết giáp hạm đối phương; trong khi không có khả năng xuyên thủng đai giáp chính, chúng có thể bắn trúng những khu vực bọc giáp yếu như cầu tàu hoặc gây ra các đám cháy.[11] Một ứng dụng có tầm quan trọng tương đương khác, pháo hạng hai có thể sử dụng chống lại tàu tuần dương và tàu khu trục đối phương, và cả tàu phóng lôi. Một khẩu pháo cỡ nòng trung bình có thể xuyên thủng vỏ giáp nhẹ của các tàu nhỏ, trong khi tốc độ bắn nhanh của pháo hạng hai là cần thiết để có thể bắn trúng mục tiêu nhỏ cơ động nhanh. Pháo hạng hai được bốt trí theo nhiều cách khác nhau: đôi khi trên những tháp súng quay, nhưng thường thấy được bố trí trên những ụ bọc thép cố định dọc bên hông lườn tàu, hoặc trên những bệ không bọc thép tại các sàn tàu bên trên.

USS Indiana, một ví dụ của việc áp dụng cỡ pháo trung gian với những khẩu 13-inch phía trước và các tháp pháo 8-inch bên mạn trái phía trước.

Một số chiếc tiền-dreadnought mang thêm một dàn pháo "hạng trung gian", tiêu biểu có cỡ nòng 203 đến 254 mm (8-10 inch). Pháo trung gian là một phương cách chất thêm nhiều hỏa lực nặng hơn trên cùng một con tàu, chủ yếu được dùng chống lại thiết giáp hạm khác hoặc ở tầm xa. Hải quân Hoa Kỳ đi tiên phong trong khái niệm pháo trung gian khi áp dụng trên các lớp Indiana, Iowa và Kearsarge, nhưng không áp dụng trên những thiết giáp hạm được đặt lườn trong giai đoạn 1897–1901.[17] Không lâu sau khi Hải quân Mỹ áp dụng pháo hạng trung gian, hải quân các nước Anh, Ý, Nga, Pháp và Nhật cũng đặt lườn những chiếc mang pháo trung gian tương tự. Việc chế tạo thế hệ sau này của những tàu chiến mang pháo trung gian được kết thúc hầu như không có ngoại lệ sau khi Dreadnought ra đời, và do đó trở nên lạc hậu trước khi được hoàn tất.[18]

Kể từ thời đại tàu bọc thép, khoảng cách giao chiến càng ngày càng tăng thêm; trong cuộc Chiến tranh Thanh-Nhật vào những năm 1894-1895 các trận đánh diễn ra trong khoảng 1.600 m (1 dặm); khi bước sang cuộc Hải chiến Hoàng Hải năm 1904, các hạm đội Nga và Nhật bắt đầu nổ súng khi còn cách nhau 12,8 km (8 dặm)[19] trước khi rút ngắn xuống còn 5.600 m (3,5 dặm).[20] Sự gia tăng khoảng cách giao chiến, một phần là do tầm xa của ngư lôi, và một phần khác là do cải tiến việc tác xạ và kiểm soát hỏa lực. Kết quả là các xưởng đóng tàu có xu hướng tăng cường dàn pháo hạng hai nặng hơn, dùng cùng cỡ pháo của hạng "pháo trung gian" trước đây. Lớp thiết giáp hạm tiền-dreadnought cuối cùng của Hải quân Hoàng gia Anh Lord Nelson mang dàn pháo hạng hai gồm mười khẩu BL 234 mm (9,2 inch). Những con tàu mang một dàn pháo hạng hai nặng và đồng nhất thường được gọi là những "bán-dreadnought".[21]

Vũ khí trang bị cho những chiếc tiền-dreadnought được hoàn tất bởi dàn pháo hạng ba nhẹ, bắn nhanh. Chúng có thể là mọi cỡ pháo từ 76 mm (3 inch) trở xuống cho đến súng máy. Vai trò của chúng là cung cấp sự bảo vệ tầm gần chống lại các xuồng phóng ngư lôi, hay để càn quét sàn tàu và cấu trúc thượng tầng của tàu chiến đối phương.[11] Ngoài vũ khí là pháo, nhiều thiết giáp hạm tiền-dreadnought còn được trang bị ngư lôi, bắn từ những ống phóng cố định bố trí cả bên trên hoặc bên dưới mặt nước. Vào thời đại tiền-dreadnought, ngư lôi có đường kính tiêu biểu khoảng 46 cm (18 inch) và có tầm hoạt động hữu hiệu hàng ngàn mét. Tuy nhiên, hầu như không ghi nhận được cú đánh trúng nào của thiết giáp hạm bằng ngư lôi vào thời đó.[22]