最後的條約戰艦，美國「南達科他」級戰列艦BB-57-BB-60詳解
雖然沒有「大和「級無上王者的桂冠，也沒有「俾斯麥」號那般傳奇的戰鬥經歷，甚至在本國航空母艦部隊堅苦卓絕的奮戰下也顯得黯然失色。然而這一切都不足以掩蓋美國戰列艦作為世界上最強大戰列艦隊的事實。在第二次世界大戰中，這支部隊令德國人聞風喪膽，令日本人寢食難安，就連盟友英國人也對她們既畏又怕。而我們這篇文章的介紹對象，便是這支部隊中的核心成員一一「南達科他」級戰列艦(South Dakota Class)。
建造背景
說到美國在二戰前建造的新型戰列艦，那麼就不得不提1936年美國、英國以及法國簽訂的《第二次倫敦海軍條約》，自「北卡羅來納「級(North Caroline Class)到「衣阿華」級(lowa Class),美國海軍在海軍假日結束後建造的所有戰列艦都是在這個條約的約束下進行設計的。對於美國人而言，這個條約險些成為了災難性的約束。雖然他們的主要假想敵日本已經退出了《華盛頓條約》和《倫敦條約》，但英美法三國海軍卻在《第二次倫敦海軍條約》中一廂情願地將未來新戰列艦標準排水最維持在了35000噸級別上，主炮口徑上限則更是從原先規定的406毫米下調到了356毫米，這在日本和義大利兩國退出條約體系後事實上是十分令人擔憂的。
不過為了防止未簽約國建造出超條約的超級戰列艦對自己造成壓倒性優勢，因此對條約預留了一些補充條款。當某國認為自己的安全受到威脅時，條約限制可以適當放鬆，而且條約還規定假如日本與義大利到1937年3月還不加入，主力艦的限定自動放寬到標準排水量45000噸。主炮口徑上限也放寬到406毫米。不過即使這樣，也沒有人敢隨意觸動這個按鈕，這涉及到政治原因，特別是在當時孤立主義盛行的美國，國會並不願意花費大筆資金與他國(甚至可能是全世界)進行大規模軍備競賽。因此並非是軍方獨立所能達成的。事實也確實如此一一雖然後來該條約分別放寬了兩次，結果便是「北卡羅來納」級的406毫米主炮以及「衣阿華」級45000噸的排水量，但都不是一帆風順的。
但這樣一來，美國海軍卻又要面臨著極大難題了，排水量和主炮的限制使新型戰列艦的設計變得十分窘迫。不同於只需要在家門口附近作戰的日本海軍，美國海軍需要保護其在西南太平洋以及菲律賓的戰略利益，特別是一戰結束後加羅林群島成為日本勢力範圍後，日本海軍對西太平洋的威脅日漸加重。美國的戰艦設計必
須滿足其遠程打擊任務的需要，而這對於戰艦的續航力提出了很高要求，這樣的問題早在第一次世界大戰之前便已經困擾著美國戰列艦了。為加大續航力所增加的附加重量是不容小視的，這也是為什麼美國35000噸戰列艦在攻守兩方面不像法國、義大利新式戰列艦看起來那樣強大的原因所在。
自《華盛頓條約》失效後首先建造的「北卡羅來納」級開始，美國戰列艦設計開始擯棄原先厚甲重炮鐵烏龜的思路，關於這點，不得不提到美國當時的戰術考慮。由於1922年的《華盛頓條約》葬送了美國唯一的一級戰列巡洋艦「列剋星敦」級(LexingtonClass,詳見之前專欄文章剖析),艦隊缺乏高速前衛的事實便如同噩夢般一直環繞在美國人心中。出於對敵方高速前衛搶佔陣位壓迫美軍戰列線的擔心，美國人甚至開發了跟隨轉向這樣純屬一相情願的戰術。因此從戰術上講，高速戰列艦是對舊式戰列艦部隊的一種很好的補充。另外，作為一種新型戰術的嘗試，以戰列艦與航空母艦混合編隊的思想也在美軍中興起，不同於很多人認為的那樣，美國海軍對於艦載航空兵運用價值的重視在20年代制定的對日戰爭方案「橙色計劃」(Orange Plan)中就可以看出。到30年代中後期，雖然仍然有大批保守派對航母的價值表示質疑，但建立航母特混艦隊的呼聲仍然在1939年達到了高潮。因此將戰列艦的設計重點從火力、防護轉向火力、防護以及速度的平衡，對於美國海軍而言也是必要而明智的。
概況
在兩艘「北卡羅來納」級戰列艦獲得1937財年(簡稱FY37，其時間為1936年7月1日至1937年6月30日)撥款後，總委員會(General Board) 本打算向海軍建議再建造兩艘同級戰列艦，但這卻遭到了當時的海軍部長斯坦利反對，因為後者認為「北卡羅來納「級的防護性可能無法應對406毫米主炮攻擊。這一決定最終便導致了一級全新戰列艦的出現。這就是「南達科他「級。在這之後，由於國際形勢進一步惡化，國會又在1938年6月25日決定撥款再增建兩艘同型戰列艦。在這四艘戰列艦中，首艦被要求擁有擔任艦隊旗艦所需的指揮設備，而另外三艘則需要作為分隊旗艦進行舾裝。值得注意的是，由於日本和義大利直到此時都沒有加入《第二次倫敦條約》。因此事實上新式戰列艦的標準排水量也已經被自動放寬到了45000噸，不過如前所述，無論是英國還是美國政府，在海軍沒有真正面臨戰爭威脅之前，都並不願意真的將戰列艦放大到這一水平。
在從國會成功獲得1939財年的建造撥款後，「南達科他」級戰列艦的設計工作從1937年3月正式開始了。由於設計時間接近，該級艦的很多設計仍然參考了其前輩「北卡羅來納「 級。該級艦全長207.3米，水線長203.0米，型寬33米，型深15.8米，設計最大吃水10.4米。由於重量欺騙(條約對標準排水量下載油比例，彈藥搭載比例等作了嚴格的定義，因此美國不得不減少設計搭載量，而考慮到戰時需要。設計師預留了一些空艙，在戰時這些空艙負責搭載那些比設計更多的彈 葯，燃油等物資 )的原因其實際吃水更大，因而該級艦成為了美國海軍有史以來吃水最大的一級戰列艦，在最大載重下吃水超過11米。當然這和其縮短艦體的設計是分不開的。該規定傾中心高度在排水量43178噸時為2.72米，44519噸時為2.89米，這樣的高度在美國海軍的無畏艦中僅次於「田納西」級位列第二。保證了其優秀的穩定性。
該艦設計最大輸出功率為13萬軸馬力，最高航速27.5節。由於「南達科他」級秉承了美國戰列艦大續航力的設計思想，該級艦擁有高達15000海里/15 節的設計續航力，同樣由於重量欺騙的原因，其實際載油量還要大一些。
以該級戰艦本身的艦體而論，該艦的橫向穩定性不錯，但適航性卻很成問題，尤其是在戰爭當中加裝了眾多防空和電子設備之後這樣的問題顯得尤其突出。另外，出於節省空間等原因，人員住艙面積與先前的戰列艦相比有所縮水，甚至連空調系統也不得不被取消，其居住性能因此在一向以戰艦居住條件極佳而著稱的美國海軍中臭名昭著，這對兵員士氣或多或少也是一種損耗。
主炮火力
對於火力的不懈追求，幾乎可以體現在美國華盛頓條約前的任何一艘無畏艦上，這不僅體現在主炮口徑或數量上，更多的在於非常理性的布置方式:其他國家走過的彎路，美國幾乎一條也沒走便直接通向了背負式火炮，全中心線布置、三聯裝炮塔等超無畏艦的標準配置!而為了在有限的條件下追求火力投射量，美國不惜以犧牲戰鬥力保護為代價，其三聯裝炮塔簡化的一體式炮架直到「新墨西哥」級上才以不少的噸位為代價而得以改
變。而早在1913年，美國就開始了406毫米火炮搭載艦的設計論證，這些方案不少10門炮的計劃更顯示了其野心，後來只是由於對於交戰距離的錯誤判斷才放棄了這想法轉而改進其356毫米炮搭載艦。
到1921年，美國又開始了重型長身管457毫米火炮的研製，這便是後來的Mk1型48倍徑457毫米艦炮，其開發時間雖晚於英國人，但開發目的自始至終都是為裝備戰列艦而服務的，而不像英國人那樣為裝備大型輕巡洋艦被迫採用了較短的40倍徑身管。然而由於後來簽訂的《華盛頓條約》規定了戰列艦主炮口徑的上限為406毫米，因此還未研製成功的MK1便不得不更換內膛改成了406毫米炮，即後來那個威力翹楚的Mk4型56倍徑406毫米艦炮。以當時的冶金技術水平，這門火炮發射40發炮彈就需要更換內膛，這幾乎限制了其一切有價值的實戰應用。儘管如此，Mk1型457毫米炮在後來卻仍然成為了美國戰列艦設計方案中的常規備選主炮之而這一情況甚至一直持續到了「衣阿華」級戰列艦的設計工程中。
到了「北卡羅來納」級戰列艦設計工作開始的1935年，其設計宗旨最初仍然偏向於傳統的主力艦隊戰列艦，即最大航速23節的重炮重甲主力艦。對於前衛分隊快速戰列艦最也有提及，但絕非主要。因此對於火力的重視
依舊沒有改變。然而無論如何，出於對未來戰鬥模式的不確定，很多的指標都沒有被明確下來，因此總委員會對設計部門的標準定位多次改變，後者最終不得不事先為每一種可能的情況做好準備，這也給當時的設計工作帶來了不小的麻煩。
由於第二次倫敦海軍條約試圖將主炮口徑限制在356毫米以下，雖然在日本拒絕簽字後理論上這個限制可以放寬到406毫米，各國卻都不敢輕易觸動這個開關。這使得加強火力的選擇面更窄，唯一的做法就是增加火炮數量，以便在非常有限的範圍內增加其威力。
至於美國人所設想的解決方式，一是採用四聯裝炮塔，這點在35年新型戰列艦設計論證階段還未完全顯現出來，但在之後發展的大量計劃中則開始更多的出現。值得注意的是，與此同時，設計方案中航速在30至30.5節的高速戰列艦計劃突然佔據了方案數量上的壓倒性優勢，並且分化為兩種設計——九門356毫米主炮，對自身主炮19至30公里的免疫區，以及12門主炮，24至30公里免疫區。另外也稍帶提下，在這一時期的設計案中已經出現了406毫米搭載艦的設計——開始的C.D.E 方案以及後來的V 方案均採用了406毫米炮。切勿混淆的是，雖然後來美國戰列艦確實採用了406毫米主炮，但這四個計劃並沒有被採用，實際上「南達科他」級和「北卡羅來納」級的最終設計都是從搭載356毫米主炮的XVI 方案直接更換炮塔而來的。
除此以外，美國海軍還曾考慮過將所有主炮完全集中在艦首的方案。這一做法在英國設計「納爾遜」級(Nelson Class) 戰列艦時被認為能夠起到減輕重量的作用。不過切勿認為其布置方式本身能減少多少重量，而且在美國的設計中其炮塔間距也顯得比較大。
我認為，這種設計的減重主要體現在三個方面。一是方便設計者縮減某些部位的防護，如「納爾遜」級便將一些副炮揚彈井的防護犧牲掉，將其彈藥庫完全置於艦尾穹甲保護之下。另一個方面則是這種火力布置能夠將動力系統後移。使傳動系統得到少最簡化而獲得的部分減重。除此以外，由於主炮彈藥庫從兩個甚至三個被縮減到了一個，彈藥庫與動力艙之間厚度較大的橫向隔壁數量也能夠得到減少。
美國在20年代進行戰列艦設計研究時，對主炮全部前置的方案進行了很多研究，結果卻發現這種設計並不能使得戰艦有多少減重。究其原因，美國當時仍然死死秉承著抱住一戰時期盛行的水線比例防護思想並且不相信英國人已經在「納爾遜」級上放棄了這一概念——即一艘戰艦的裝甲帶所佔艦體長度比例必須達到一定標準以保護戰艦的浮力和穩性，在這樣的思路引導下美國人顯然很難獲得主炮全前置的減重優勢。需要指出的是，
這樣的思路在條約苛刻限制下仍然繼續主導了美國設計師的思想很久。
為了在有限的重量下滿足設計指標，一些細枝末節的地方便不得不被省略掉，而另一些設計則需要被優化。主炮方面，美國人首先取消了原來設置在炮塔後下方的逃生門，以此來縮減暴露在甲板上的炮座長度和炮塔的高度，另外則是一定程度上加大主炮間的距離，這樣做的用意一是在於擴大艦體前後非背負炮塔的射界，二也是降低背負式炮塔以及指揮塔的高度，因為其高度是要以擁有一定的前方視界為準。這種設計一來可以減少重量，二來可以降低重心。另外，由於一些使用全前置炮塔的計劃中第三座炮塔也採用火炮指向前方的背負式布置以獲得最佳的前向火力，這時降低炮塔高度就變得尤為重要。
當然，要想提升火力，最為重要的還是火炮本身的性能。在最初的設計中,無論是「北卡羅來納」級還是「南達科他」級採用的都是MkB型50倍徑356毫米艦炮。該炮在1937年開發，以1935年「新墨西哥」級和「田納西」級裝備的Mk7型356毫米炮尾基礎改進而來，專為裝備今後的新型戰列艦研發。該炮裝備680.4公斤穿甲全裝葯時初速832米/秒，射速2發/ 分，使用穿甲彈時射程39502米，面使用彈重578.34公斤的高爆彈時射程則為38940米。相較於美國海軍之前使用的50倍徑356毫米炮，該炮在威力提升的同時重最也大大降低了，而減重在條約時代是永恆的主題。
值得一提的是，英國在同一時期研製並裝備「英王喬治五世」級(King George V Class) 戰列艦的MkVII型356毫米炮雖然採用了721公斤的超重彈，但由於英國的火炮設計將其精度和壽命放在了非常重要的位置而犧牲了一定的威力，因此在測試中雖然它們的火炮抗磨損性能非常的優秀，過低的出口動能卻使其水平貫穿力卻仍然不如MkB型艦炮。若美國戰列艦真的使用MKB 型艦炮，美國人完全有理由相信他們裝備了世界上最好的356毫米炮! 然而由於同年倫敦條約取消了火炮口徑356毫米的限制，而將其放寬到406毫米，該炮的設計研製工作立即停止了。
放寬主炮口徑對於美國設計師來說也許並非就是個絕對的好消息，由於噸位沒有放開，火炮的重型化必將帶來更多重量問題。按照設計師們估計，一艘性能全面的406毫米火炮搭載艦的標準排水量至少需要四萬噸，而這一標準與35000噸之間的鴻溝是設計師們無論如何都難以逾越的。
不過最終美國人還是毫不猶豫地選擇了更強大的火力。前面也已經提到，當時美國已經有了一款非常優秀的406毫米火炮。但無論是出於重最還是壽命的原因，該炮後來並未被美國人實際採用，而當時當時遠距交戰理論的盛行也是該炮遭到棄用的重要因素。在無畏艦時代早期的1911年，美國人預期的交戰距離在12000米到13500米左右，考慮到當時觀測技術等手段的限制，這已經是當時戰列艦能夠進行有效射擊的極限距離了。然而僅僅過了八年左右的時間，這個距離就已經提升到了20000米，而若有觀測飛機輔助火控，則這個距離還可提升到24000米!
交戰距離越來越大所帶來的直接後果有兩個。一是炮彈對於戰艦的水平裝甲防護威脅逐漸增大。在遠距離交戰中，炮彈將以大落角和高速(指速度的垂直分量)擊穿戰艦甲板，而不是再像以前那樣以攻擊垂直裝甲帶為主。第二個後果則是水中彈的威脅增加，不過後一點事實上對於火力系統本身的設計並不會產生太大影響，
反而是對防護提出了新的要求。針對這種情況，美國人的對策便是「超重彈」，即彈重超過標準彈重量20%的重型炮彈。以其低速重彈的高彈道吊射敵人的水平裝甲,即爭取在相同的動能下(非出口動能 )獲得更陡的落角以將水平穿深最大化，當然其潛台詞也就是犧牲掉垂直穿深，這標誌著美國人已經真正完全接受了遠距離交戰的思想。美國人選擇406毫米主炮也正式出於如此的考慮一一要想增加彈重有限的356毫米火炮威力，只能增加其裝葯，而其帶來的效果恰恰是彈道的平直和水平穿深的下降，只有406毫米炮有能力在彈道高曲的情況下保持足夠的重直貫穿力。
而其實關於這點。美國海軍內部也存在爭論，反對者認為遠距離交戰的較低命中率會使得戰鬥雙方根本不可能在那樣的距離上便決出勝負，因此決定性交戰最終還是會被拖入到一個相對較小的距離上。
最終，美國的產物便是大名鼎鼎的Mk6型45倍徑406毫米艦炮。該炮較以前的Mk3型和Mk5型45倍406毫米炮，新炮無論是在威力還是在減重上都佔據了優勢，而且其水平貫穿力即使與後來的Mk7型50倍徑艦炮相比也佔據了少許的優勢。
該炮採用由鎖定環固定的活動身管內膛，一體式身管、三層套簡結構，通有兩個身管鎖定環以及鍍鉻內膛，使用向下開啟的韋林式(Welin) 炮栓。該炮在不包括炮閂的情況下重97.23噸，身管長15.668 米，其內部擁有96道右旋等齊膛線，螺距25倍徑。值得注意的是，部分早期的火炮使用了50倍到32倍的漸進膛線，不過大多數Mk6艦炮都縣75倍徑膛線的Mk1型。
該炮發射彈重1225公斤Mk8型超重穿甲彈，彈長182.9 厘米，彈頭弧線曲率半徑八倍口徑，內部裝葯採用了美國在一戰前就採用的D型炸藥，這種裝葯被廣泛使用在美國穿甲彈和高爆彈上，是一種非常鈍感的苦味酸鹽炸藥，威力相當於TNT的95%。該彈同時還裝填有0.68公斤的染色劑，有一些裝葯最不足的炮彈中，染色劑重量最多可以被增加到1.36公斤以補償重量，方便計算彈道。另外Mk6型艦炮也會使用Mk13型862公斤高爆彈。該彈長162.6厘米，彈頭曲率半徑同樣為八倍。該彈裝葯69.9公斤，與各國，甚至美國早先的406毫米高爆彈相比都不算多，但該彈對輕裝甲以及岸上工事的貫穿力相對卻要更強很多，其彈頭外殼厚度在頭部漸漸增加以提高強度。值得一提的是，美國人在二戰期間也為該炮開發了一種對空彈一一即在Mk13型高爆彈基礎上安裝了定時引信。進行全裝葯射擊時，Mk6型使用247.04公斤的NC 發射葯，使用穿甲彈時初速701米/秒，射程33741米。使用高爆彈時初速則為803米/秒，射程36741米。火炮工作膛壓為每平方厘米2835公斤，身管壽命395發，在「南達科他」級上每炮備彈130發。「南達科他」級使用了三座三聯裝炮塔，每座炮塔重1403噸至1437 噸，一號炮塔和號炮塔的炮架俯仰角度在負5度和正45度之間，二號炮塔則由於受到一號炮塔的限制，俯仰角只有0度至45度。炮塔內每門炮的，俯仰均由一台60馬力電機驅動，俯仰速度12度/ 秒。炮塔本身則由一台300馬力電動液壓機驅動，旋轉速率4度/秒。另外炮塔還會使用60馬力電機負責為每門炮運送炮彈，一台75馬力電機提升發射葯。另一台60馬力電機負責裝彈。
不同於除「大和」級以外的英、法、日等國普遍採用的英式裝彈法，美國有自己一套獨特的方法——將發射葯和彈藥分兩個通道一起提升至炮塔內再行組裝，省去了英式裝彈法中危險的換裝室。與早期標準型戰列艦使用的主炮共鞍設計不同，Mk6型艦炮使用獨立炮架，每座炮塔中的三門火炮可以獨立進行俯仰，其炮軸距離也較先前的三聯裝火炮都要來得大，並且使用了延遲引信，中間的火炮相對於其他兩門炮延遲0.06秒發射，以
減少炮彈間尾流的相互干擾。因此相比於之前標準型戰列艦的三聯裝356毫米火炮，「南達科他「級等美國新式
成列艦的彈著散布得到了較好的控制。
但必須注意的是，雖然「南達科他」級的射擊精度因炮架等因素相比美國老式戰列艦有所改善，不過由於Mk6型火炮本身超重彈的高曲彈道和低初速，其彈著散布仍然並不理想，若與「大和」級的九四式460毫米艦炮相比便會發現其與後者存在不小差距。不過由於鍍鉻的內膛有效減少了身管磨損，因此在長時間戰鬥時能夠有效保持射擊精度，而不會像日本艦炮那樣很容易因磨損過大而出現散布越打越大的情況。
總體而言，在主炮火力方面，配合其較為先進的火控系統，「南達科他」級在35000噸這一重量級別上已經要算是取得了很好的成績。雖然相較於強裝葯的法國M1935型380毫米艦炮以及義大利M1934型381毫米艦炮，該炮在乘直貫穿上留下了一些遺憾，但其強大的水平貫穿能力可以說完全滿足了美國當時設計者的追求。
兩用副炮
早在「北卡羅來納」級進行早期論證時，美國海軍便已經認定採用高平兩用炮要比分別安裝對海、對空兩種副炮更為優秀。這樣可以有效地減重，對於當時的設計環境來說顯得非常必要。另外，美國當時也並不存在戰列艦同時對付敵人中型艦艇的需要，因此沒有必要裝備152毫米副炮。關於口徑和型號的確定也頗為順利，直接指向1934年剛投入現役的Mk12型38倍徑127毫米艦炮，這也是美國在二戰中使用過的唯一一型大口徑高平兩用炮。這種火炮幾乎在二戰美國的每一艘新建的作戰艦隻上都可以看到，使用裝備之廣也無疑證明了其成功性。
對設計人員而言，唯一值得討論的只是火炮的聯裝形式。在最初的設計中，出現了不少單雙聯並存的方案，即使到了最後採用的XVII 號計劃中仍然存有這種設計，其考慮在於單裝炮塔的旋轉和俯仰操作更靈活，在夜戰中抗擊對方雷擊艦艇偷襲時較為有利。然而在如此緊迫的重量和空間下作出這樣的布置實在有些得不償失，因此最終這種布置還是在戰艦開工前被摒棄了，設計人員轉而採用了全雙聯裝布置。在「南達科他」級上,由於「南達科他」號是作為艦隊旗艦設計的，因此該艦減少了兩座127毫米炮塔，以便將這一部分重量應用在指揮設備和相應的司令部人員住艙方面，而另外三艘同級艦則全部採用了10座雙聯炮塔的設計。
Mk12型127毫米艦炮需要由人力將炮彈置於裝彈機上。其後再由氣錘將炮彈推入炮膛。該炮可以在任意角度裝填，因此其射速對於防空作戰的需要還是可以滿足的。值得一提的是，該炮早期的設計其彈藥在炮塔後方，提彈系統水平布置，這樣無疑使得將彈藥運送至炮栓後邊成為不可能，從面對其作戰效率造成了不小的影響。因此後來其還是改為了炮座下方提彈。美國人為該炮研製了包括24.5公斤穿甲彈、24.6公斤高爆彈(裝葯3.4公斤)，25公斤對空彈(裝葯3.4公斤).24.8公斤VT引信對空彈(裝葯3.6公斤)，24.5公斤半穿甲普通彈(裝葯0.9公斤)，24.7公斤照明彈等諸多彈種，發射葯為7.031公斤NF無焰火藥，或是6.986公斤普通的NC 火藥，另外用於盛放發射葯的葯桶重6.01公斤。
該炮新炮時初速792米/ 秒，有經過一定損耗後平均初速會降低到762米/ 秒，工作膛壓每平方厘米2835公斤，身管壽命4600發。使用對空彈時最大射程15903米,最大射高11000米。每座副炮塔設計配備450發炮彈，然而實際遠遠超過這個數字，太平洋戰爭期間這些彈藥庫中裝備了500發炮彈加上40發特殊半穿甲彈，另外艦底還存有55發備彈。值得注意的是，由於艦內空間非常擁擠，因此美國人只得將副炮彈藥庫布置在了動力艙兩側，這對於防止彈藥殉爆是非常不利的。
由於在彈藥供應方面的不確定性。Mk12型高炮射速從每分鐘15發至25發不等。1942年2月到3月間，英國海軍曾對該炮進行了實驗，結果表明如果所需彈藥已經預備在炮位附近的話，每分鐘25發的射速完全是可以維持的，而一旦所有彈藥都要臨時從彈藥庫中提取的話，其射速便將降低到每分鐘15發。相比於日本九八式100毫米高炮的每分鐘15至21發和英國102毫米高炮的每分鐘七至八發，總的來說Mk12型127毫米炮射速是相當不錯的。不過這裡要指出，有種傾向認為大口徑防空炮任務只在於製造彈幕，因此的彈道性能並不重要，只要射速足夠就可以。這種想法是很偏激的，事實上若一門防空炮沒有很好的彈道性能，那麼為其提供準確的火控便會十分困難，這不僅涉及到距離、高度以及仰角的計算精度，還有引信裝訂修正的問題。
美國戰列艦上試用試用的MK12型高炮裝載於Mk28型雙聯炮塔之內，全重70.894 噸，俯仰角一15至85度，俯仰速度15度/ 秒，旋轉速度25度/秒。這樣的俯仰和旋迴速率在世界上也屬於較高的水準，並直接賦予了其持續跟蹤目標，特別是近距離目標的能力。
在1941年的試驗中，「北卡羅來納」號戰列艦曾使用該炮在3500至4000米高度下成功擊落了靶機，這個高度幾乎是原先老式127毫米防空炮成績的兩倍。不過其實只要仔細觀察不難看出，這款火炮相比於別國同時期的防空炮或兩用炮而言彈道性能並不出眾，完全無法與日本九八式100毫米高炮或德國SKC/31型105毫米高炮相提並論。真正成就了美國重型防空炮效力的原因在於與Mk37型火控系統的配合。另外，美國在1943年初引入了無線電近炸引信，該引信採用一個振蕩器向外發射震蕩信號，隨後由另一端接收回波並轉換成電信號，使電信號強度達到設定值即引爆裝葯。該裝置可以使炮彈在目標周圍20米左右處起爆，大幅度提高了大口徑
防空炮的威力，使得其不再局限於擔任驅趕、打散攻擊編隊的任務，而可以真正摧毀敵機。
自動防空炮
說到米畜戰列艦，人們自然而然的就會想到那如同刺蝟般的防空炮，由於來自空中的威脅日益加強，米帝戰艦在整個戰爭過程中都在不斷地增加高炮並努力改善其布置方式。但隨之而來的是甲板以上重量的增大使戰艦本身橫向、縱向穩定性都出現了惡化。雖然這點在巡洋艦上體現得最為明顯，但「南達科他」級也面臨了類似的問題。由於條約的限制，其在設計過程中留下的噸位冗餘非常之小，而且為了進行排水量欺騙，設計搭載的燃油淡水彈藥等補給物資也遠遠低於實際載量，這一切都使得情況更加惡化。
區別於大口徑高炮的驅逐任務，中型和輕型高炮的任務是搶在敵機投彈前將其摧毀或逼迫其放棄攻擊。在最初的設計中，「南達科他」級的中近程高炮火力由三座四聯裝28毫米機關炮和12挺12.7毫米機槍組成。然而這兩種武器的實際效能在戰鬥中都表現得非常讓人失望，前者被美國人戲稱為「芝加哥管風琴」，彈道性能很差，
而且還存在著極為嚴重的機械可靠性問題，在戰鬥中時常會出現卡殼。水冷式的12.7毫米機槍更是完全不能完成賦予其的任務，它的有效射程連打到飛機都很困難，更無法在飛機投彈前將其擊毀。
「南達科他」號在建成時裝備了五座四聯28毫米機關炮，後來增加為七座，她也是唯一艘正式裝備這種武器的「南達科他」級戰列艦。後續三艘艦均在建成時便使用40毫米博福斯高炮替代了其28毫米高炮。「南達科他」號本身也很快使用40毫米炮替代了所有的28毫米炮，並用20毫米厄利孔高炮逐步替代了無用的12.7毫米機槍。
「南達科他」號建成時還裝備了16門20毫米機炮以及八挺12.7毫米機槍。而其他二三艘建成時則裝備單一的20毫米炮，沒有裝備任何12.7毫米機槍。然而由於新的厄利孔供應出現了短缺，為了提高其防空火力，「南達科他」號又安裝了另外八挺12.7毫米機槍。不過這個問題很快得到了解決，「南達科他「在42年11月加裝了厄利孔並取代了所有的12.7毫米機槍。到戰爭結束前，其20毫米機炮數最達到了57門。
雖然「南達科他」號總計曾安裝過七座四聯裝28毫米高炮，同時40毫米炮卻只有兩座。不過在42年珍珠港的維修中，兩座28毫米炮便被更換為博福斯40毫米炮，其餘的28毫米炮則直到43年2月才被40毫米炮取代。在這次改裝中，該艦總共安裝了多達13座四聯裝博福斯高炮，使其四聯裝40毫米高炮數量達到了17座。此外「南達科他」號也從沒有在二號主炮塔頂部安裝40毫米炮，而原因則是在這裡安裝高炮會阻擋其指揮塔上的觀察窗視野，「衣阿華」級戰列艦也曾面臨同樣的問題，因此其只能在二號炮塔上安裝20毫米高炮。
另外三艘分隊旗艦在建成時均安裝了六座四聯裝40毫米高炮。當時美國計劃在42年11月之前將其數最增加到10座，不過直到42年末，「印第安納」號和「馬薩諸塞」號才接受了相改裝，只有「阿拉巴馬」號如期安裝了新炮。而僅僅一個月以後，美國便決定在這三艘戰列艦的二號、三號主炮塔頂部分別安裝一座40毫米高炮。因此在1943年2月，各艦再次接受了改裝，安裝了這兩座額外的40毫米高炮。
從1943年起，20毫米高炮在美國海軍中也變得十分流行，各艦均安裝了大量的該型高炮，其中「印第安納」號在43年2月的改裝中便大幅增加了20毫米高炮的安裝數量。「阿拉巴馬」號在同年也進行了相同的改裝。然而到了44年初，美國人卻發現實際上僅有40毫米高炮才是真正有效的防空武器，特別是在後來面臨了日本自殺飛機的威脅後，20毫米高炮威力不足的問題變得更加嚴重。
Mk2型70倍徑20毫米厄利孔高炮
這種武器由瑞士厄利孔公司在1939年研製開發，並為當時幾乎所有主要交戰國所使用，是當時裝備最廣泛的防空武器之一。該炮在美國被稱為Mk2型，並在1941年開始裝備美國海軍。
在包括炮閂及全部自動機構的情況下，該炮全重68.04公斤，全長2.210米，身管長度1.246米，內部擁有九條右旋36倍徑等齊膛線，理論射速450發/分，實際射速在每分鐘250發至320發之間。美國為其配置了五種炮彈，分別為Mk3型高爆彈，Mk3型高爆燃燒彈，Mk4型高爆曳光彈，Mk7型高爆曳光彈和Mk9型穿甲曳光彈。新炮狀態炮口初速844米/秒，平均磨損時初速835米/ 秒。身管壽命9000發。
Mk1/2型56倍徑40毫米博福斯高炮
這可以說是當時最好的一種中型防空炮，因此裝備了美英幾乎所有主要戰艦，甚至至今仍在一些國家使用。該炮由瑞典博福斯公司於1936年開發，1941年被美國引進並於次年開始裝備海軍和陸軍，其中海軍型被稱為Mk1和Mk2型40毫米炮。在「南達科他」級使用的四聯炮架上，炮架一側的成對火炮的左炮使用Mk1型而右炮使用Mk2型。這種炮很快取代了原先28毫米高炮並且於戰爭後期開始逐漸取代20毫米炮。
該炮重522公斤，全長3.780米，身管長1.927米，擁有16條右旋45到30倍徑的漸減膛線，射速120發分。新炮狀態炮口初速881米/ 秒。身管壽命9500發。不同於大多數的美國火炮，這種高炮並沒有進行內膛鍍鉻處理。
「南達科他」級使用的40毫米炮被安裝在Mk2型四聯裝炮架上，兩兩成對分開裝置，每對間距1.524米，兩對火炮間的俯仰是聯動的，但在緊急情況下也可以單獨操作。每座炮台重10.524噸至10.796噸，俯仰角-15至90度，俯仰速率24度/ 秒，水平射界則由其安裝的位置決定，旋迴速率26度/ 秒。值得一提的是，美國在戰爭末期還生產了100套新型的Mk4型炮架，這種炮架更輕而旋迴俯仰速度也大大提升，同時其採用了更先進的RPC 系統，可以由指揮儀通控俯仰和旋迴，效率要大大高於原先的老式人工操作炮架。
Mk1型75倍徑28毫米高炮
這種武器的研製最初於1928年10月被軍械局提出作為12.7毫米機槍的必要補充。為了追求與12.7毫米機槍相近的射速，美國決定採用四聯裝形式，以求能在短時間內向高速飛行的目標發射更多炮彈。不同於12.7毫米機槍，28毫米炮發射的炮彈內裝有炸藥並且由一個很敏感的引信觸發。1934年美國總委員會的一份報告指出由這種火炮選成對目標任何一個地方的命中都足以致使其迫降。然而在實戰中，其可靠性問題卻給美國人造成了極大的困擾，以至於該炮很快被博福斯所取代。
Mk1型28毫米炮在不含炮門時重252公斤，全長3.037米，理論射速150發/分，實際射速則在100發/ 分左右。新炮狀態炮口初速823米/秒，平均磨損時792 米/秒。
火控系統
在整個戰艦的火力系統中，火控系統是與主炮等因素同等重要的一環，優秀的火控系統能大幅度提高戰艦的攻擊效率，例如在日德蘭大海戰中的"瑪麗女王"號戰列巡洋艦(HMS Queen Mary) 由於安裝了更先進的坡倫火控系統而打出了比其他英國戰巡高得多的命中率。不同於日本更重視精確度的設計，作為一個有著良好工業基礎和電子工業水平的國家，美國在火控系統設計中，將其自動化水平放在了極其重要的位置上。
如同其他的新型戰列艦，「南達科他」級也使用了Mk38型射擊指揮儀(全稱為Mk38GFCS,在美國海軍的教科書上稱「Mk38" 這種說法為習慣叫法) 以及Mk8型彈道計算機為其主炮提供火力控制。
其中，Mk8型彈道計算機由福特公司開發生產，由最初的Mk1型計算機發展而來，在二戰時期是唯一能夠在自艦進行機動的情況下正常進行數據解算的火控系統(這只是理論，實戰中很少有指揮官會冒險這麼做)。該系統包括一台自動繪圖儀，能自動繪製出敵我雙方航跡/ 時間曲線、彈著偏離方向以及射擊次數等參數，這對於戰後的分析也是相當有用的依據。另外該系統還有一台火控桌，在其主錶盤上標示了自規航速航向，雙方接近率，風速風向以及當時距離下的炮彈飛行時間等參數，這台設備也使Mk8型彈道計算機成為了當時唯一個可以進行非線性解算的彈道計算機，其在機動中進行進行彈道計算的功能即從此而來。而副錶盤則包含了一些輔助性設置功和狀態顯示功能，例如繪圖儀電源狀態、繪圖儀比例、人力控制開關等。
這一切設備都裝在指揮塔下方主水平裝甲下的繪圖室內，同樣在繪圖室內的還有火控配電盤和電話配電盤以及一些雷達控制設備。在整個火控系統中，這個繪圖室是最核心的部分，它接收由頂部指揮僅送來的數據，將其進行處理和計算後下達至各炮塔。「南達科他」級和先前的「北卡羅來納」級戰列艦最初都未安裝主炮RPC系統(Remote Power Conrol,即遠程操縱系統)，但後來加裝了能夠控制主炮俯仰、旋迴的全向RPC,其一部分的原因是「馬薩諸塞」號在卡薩布蘭卡之戰炮擊港內的法國戰列艦「讓·巴爾」號後根據實際經驗提出的強烈要求，因為直接由指揮儀進行遠程控制炮塔可以減少人工操作的誤差。繪圖室與Mk48型指揮儀陀螺穩定儀室相鄰，後者還裝有一台輔助主炮配電盤。當繪圖室設備故障或者損壞時，這個配電盤可以接管其數據中轉工作並且直接將任意一其指揮儀的數據傳送給炮塔。
自繪圖室往上是射擊指揮所，這個部位是炮術官所在，有重裝甲保護。在「南達科他」級上，前後各有一座射擊指揮所，其中後方的是備用指揮所。在指揮儀或繪圖室出現戰損時(雖然這個可能性很小)，射擊指揮所可以接管它們的大部分功能，但平時射擊指揮所僅僅行使監控和觀測的作用。為此射擊指揮所裝備了潛望鏡和指示設備。
此外，還裝備有輔助指揮儀、輔助計算機、雷達操作和顯示設備等。在前部射擊指揮所上方的是Mk38型主射擊指揮儀，其上裝有Mk48型測距儀以及火控雷達，主要負責連續測量目標的方位和距離，並將數據傳輸給繪圖室中的彈道計算儀，後者將依此自動計算出雙方的距離接近率以及瞄準線方位變化率。由於這裡是全艦的制高點，因此也是觀測彈著點的場所。同時為了防止繪圖室故障，該指揮儀也有單獨進行火控解算的能力，並為此裝備了鋪助計算機等設備，可以直接由指揮儀傳達的數據進行解算並將數據通過副配電盤輸送給各炮塔。另外「南達科他」級在其後桅上還裝備了另一座射擊指揮儀，在前部指揮儀損壞或是需要射擊多個目標時使用。
除此以外，三主炮塔本身也裝備了包括指揮僅和鋪助計算機在內的一系列設備，在主火控系統無法正常工作的情況下炮塔可以單獨作戰。指揮儀、繪圖室以及炮塔內都裝有射擊電路。只要按下射擊按鈕便可以手工操作電擊發主炮，而且也可以自動由陀螺儀擊發主炮。在自動射擊時，當軍艦縱軸水平或者橫軸水平處於一個
設定值時，重直穩定器申的接觸器便會被接通，使主炮開火。
實際戰鬥中的整個射擊過程如下。先由指揮儀獲得目標數據並傳送給繪圖室中的彈道計算機進行計算，通過主炮配電盤最終將火炮的瞄準方位和仰角傳送給炮塔，同時也將數據送回指揮儀，根據推算出的數據操縱指揮瞄準鏡，若發現其中有偏差，指揮瞄準鏡可以進行必要的修正並將數據傳回彈道計算機再次計算，確認無
誤後由計算得出的數據自動操控炮塔，之後統一控制炮塔在戰艦的縱軸和橫軸處於設定值時進行擊發，通常使用電擊發，但在電擊發失效的情況下也可以使用傳統的機械擊發。這裡所敘述的只是主火控模式與半自動瞄準和間斷開火的一種火控模式，當這些系統中有一部分故障時，可以使用次級或是輔助火控模式由指揮儀直接通過主炮配電盤或是剃配電盤進行控制，但在這些模式下火炮將無法根據陀螺穩定儀控制自動擊發。
與主炮相似，「南達科他」級的副炮由四台Mk38指揮僅進行控制，並配有兩間繪圖室，每間繪圖室中配有兩套射程計算機。但沒有主炮繪圖室內的自動繪圖儀。副炮系統與主炮系統的工作原理類似，因此不再贅述。在必要時副炮火控系統可與主炮系統進行交聯，由副炮火控系統為主炮計算射擊矢量，但其效率和精度必然大受影響。反過來，主炮火控系統也可指揮副炮射擊水面目標。小口徑高射炮也有其單獨的Mk51型指揮儀，並配有火控雷達。在需要的時候，這些高炮可以和副炮火控系統交聯控制對方的射擊。小口徑高炮本身也擁有各自獨立的瞄準具。
火控雷達
作為二戰新興的技術，雷達本身性能並不穩定，在瓜島水域的作戰中由於島嶼群干擾。雷達就經常出現誤判而難以正常使用，而雷達火控則更是一項艱巨的任務。由於雷達本身難以克服的旁瓣效應，導致雷達雖然在測距方面要比光學系統更為可靠，但在方向測定方面卻有著極大誤差，這就使雷達火控也至少需要傳統光學
測距儀在方位測定上的補充，即使是對於美國這樣雷達技術相對成熟的國家也不例外。
然而雷達火控也有其不可小覷的優勢，特別是在遠距離交戰中，其測距精度幾乎不隨距離增加而改變。當然，由於旁瓣效應對方位精度的影響，雷達在理想情況下仍必須由光學火控在方位測定上的協助。在這樣的情況下，使用雷達火控的戰艦可以在第一輪齊射就直接越過試射階段進入有效射擊，這對於光學火控艦隻在正常交戰距離上是幾乎不可能的。而在夜戰中雷達也可以大大減少不必要的照明彈修正時間，並使得光學火控可以快速參與進目標方位的測定工作中來，正如北角海戰中「約克公爵」號所做的那樣。
美國海軍的雷達分由兩個部門進行開發，搜索雷達由艦船局(BuShips,1940年由造修局和蒸汽工程局合併而成)進行研製，火挖雷達的研製則交由軍械局(BuOrd)完成。值得注意的是，艦船局也參與了一部分早期火控
雷達的設計研製工作。艦船局習慣以字母命名他們的雷達。如「SC」--S代表搜索雷達，C 則代表第三種型號，
F則是火控雷達。與此相對的，軍械局則更偏好於使用類似火炮的「Mk」來命名他們的雷達。
Mk3(FC)
這是美國海軍最初一種正式列裝的火控雷達，在1941年末期研製成功並裝備到了戰艦上。該雷達功率15至20 千瓦，波長40厘米，脈衝重複頻率1640赫茲，雷達波發射器尺寸寬3.66米、高0.91米，搜索距離37000米，距離精度37米，方位偏差2密位(合0.12度)。這種雷達同時可以探測到18000米處由406毫米炮彈引起的水柱。
Mk8(FH)
美國第一種列裝的准厘米波級雷達，相比於早期的Mk3,這種雷達的精度已經達到了可以和光學測距儀相媲美的程度。該雷達功率15至20千瓦(後期型則高達20至30千瓦)，波長10厘米，雷達被發射器長3.1米，高1米，搜索距離37000米，距離精度5米，方位偏差2密位。
早期型MK8型Mod0雷達可以探測到18000米外由406毫米炮彈弓起的水柱，後來的Mod3雷達則獲得了極大的改進，可以探測到32000米處的水柱。Mk13(FM)這種雷達到45年才被安裝到「南達科他」級戰列艦，也成為了其最後安裝的一種火控雷達，該雷達功率50 千瓦，波長3厘米，脈衝重複頻率1800赫茲，雷達波發射器尺寸寬2.44米、高0.61米，搜索距離37000米，距離精度5米，方位偏差2密位。可以準確識別出38400米由單枚406毫米炮彈引起的水柱。
Mk4(FD)
這種雷達於41年9月投入使用，安裝在Mk37型高平兩用指揮儀上，為副炮提供對空對海雙重火控，其缺點在於無法準確探測到低空飛行的目標。該雷達被長40厘米，雷達波發射器寬1.83米、高1.83米，對轟炸機一類大型目標最大探測距離37000米，對海最大探測距離27000米，距離精度37米，方位偏差4密位(0.24度)。
Mk12(FL)
這種雷達往往和下面要介紹的Mk22型測高雷達一同使用，在44年投人現役並用於替代Mk4型雷達。這種雷達可以自動跟蹤移動的目標並自動計算其接近率。該雷達功率100至110 千瓦，波長33厘米，脈衝重複頻率480赫弦，雷達波發射器寬1.83米、高1.83米，對轟炸機類目標最大探測距離40000米，對海最大探測距離37000米，距離精度18米，方位偏差3密位(0.18度)。
Mk22(FV)
這是一種測高雷達，負責探測低空飛行的目標，其功率25至35千瓦。波長3厘米，雷達波發射器寬0.46米、高1.83米，最低探測角度0.8度，探測距離40000米。
所有「南達科他」級除「南達科他」號以外都在建成時安裝了兩座Mk8型主炮火控雷達和四座Mk4型副炮炮火控雷達，而「南達科他」號由於建造時間較早而使用了Mk3型主炮火控雷達，直到1943年2月才換裝。相比之下，最早安裝Mk8型的「印第安納」號在1942年8月便在前部Mk38型主炮指揮儀上安裝了Mk8雷達。
防護
早在1937年3月29日,總委員會就為新一批戰列艦敲定了安裝406毫米火炮的計劃，然而直到同年7月「北卡羅來納」號準備在船廠鋪設龍骨時，這個消息才被通知到船廠。好在四聯裝356毫米炮塔和三聯裝406毫米炮塔的座圈尺寸、重量等數據相差不多，後者甚至還要稍輕一些，因此換裝問題得以迅速解決。但要針對406毫米艦炮對防護系統做任何改變已經是完全不可能了。然而對於之後的「南達科他」級來說，改變防護還是完全來得及的。
說到這裡不得不提到南達科他的首席設計師錢特里(AJ.Chantry,他也指導了「北卡羅來納」級的設計),此人對「南達科他」級的防護設計作出了頗多貢獻。其設計風格相對較為激進，敢於作出一些冒險的嘗試，而在這樣嚴密的條約限制之下,這樣的冒險是非常值得的。首先，為了在有限的重量下達到足夠的技術性能，人們最先就想到了縮短艦體，但因此戰艦要達到相同的速度，動力系統的功率就必須得到提升，其他必要設備所需的空間也會因此受到壓縮。很自然地，重量問題又由此演變成了空間問題，如此循環，一切都沒有得到本質的解決，直到設計師決定採取某些冒險措施。在此之前，不得不先提一提當時戰列艦所面臨的威脅以及前任「北卡羅來納」級所留下的遺憾。
正如前面所說，炮戰的距離越來越遠以及高空投下的重型炸彈使得水平防護變得相當重要，而由於水平裝甲其巨大的覆蓋面積以及其較高的布置位置，因此增加，水平裝甲的代價必然是巨大的。另外，由於炮戰距離增加，炮彈以更大的落角下落，其在撞擊水面時仍有相當的乘直速度分量，因此更容易穿入戰艦的水下部分，這又使得戰艦必須增加裝甲帶的寬度(老式戰列艦的裝甲帶都很窄，並且在水線以下立即削減，有的設計甚至由水線處同時向上下削減厚度)，這樣一來又是一個增重的因索。
第三，當時重型魚雷的威力也不容小視，戰艦需要為它們設計更深的TDS (Torpedo Defense System,魚雷
防護系統) 以及更厚的防雷壁，而美國海軍在「北卡羅來納」級上的設計已經被證明是失敗的一一其在面對日
本潛艇的攻擊時前部彈藥庫位置出現了嚴重進水。雖然九五式魚雷的裝藥量已經超過了美國戰列艦TDS設計
的標準，但其由於前後彈藥庫段TDS深度不足而造成的防護能力薄弱也是顯而易見的。當然美國在「南達科
他」級進行設計時這次攻擊還沒有發生，不過美國設計師卻已經認識到了這個嚴重的問題，並在「南達科他」級上儘力進行了改進。
此外，重直裝甲帶厚度不足也是顯面易見的，「北卡羅來納」級的防護僅是針對356毫米火炮而設計，面對遠為強大的406毫米火炮，這樣的厚度差得太多太多了，根據美國人的估算，要在19000米上防禦45倍徑火炮發射的406毫米標準彈，需要432毫米厚的裝甲! 而加厚裝甲的同時還要保證其防護面積，這在一艘35000噸的戰艦上是無論如何無法完成的。
面對這些問題，美國人不得不開始思考更新的解決方案。針對水平防護問題，美國引入了「防炸彈甲板」概念，
即在主裝甲甲板上方設置一層較薄的裝甲甲板，其作用在於引爆高爆炸彈或是觸發穿甲炸彈或穿甲彈的引信，以盡量使其在擊穿主裝甲甲板之前就爆炸，減少其可能造成的損害。從此時起，使形成了美國戰列艦之後一脈相承的三層甲板布置——防炸彈甲板、主裝甲甲板以及裝甲甲板下方的防破片甲板。
我們必須注意一個誤區，認為分層水平裝甲可以達到比單層裝甲更好的效果，實際上之所以「好」完全是因為類似上述的觸發機理。而究其本身性能而言，多層平行裝甲是無論如何都不如單層裝甲的，其厚度的近似換算公式為1.4(T1+T2...+Tn)的0.7142857次方，其中T1至Tn為各層裝甲的厚度。在忽略引信作用下，這個公式可以計算出多層裝甲相相對於單層裝甲的近似等效厚度。這裡還要再多說一句，由於增加了防炸彈甲板，主裝甲甲板可以進行一定的厚度削減，具體位置在靠近船體中軸線的位置，要擊中這裡幾乎不可能避免先穿過防炸彈甲板，因此這裡可以對其厚度進行削減，這點在「北卡羅來納「級的設計中最初出現，最初其厚度分為三等，不過在最終的設計案中簡化為了兩等，在外層的主裝甲甲板為134.6毫米，與TDS最內層防水壁上端相交處以內縮減為127毫米。
然而因此節省的重量仍然不足以提供足夠的垂直裝甲帶厚度，美國設計師不得不再做出一個大膽的決定，即採用大角度傾斜裝甲帶，只有如此才能在有限的噸位下大幅度提升裝甲的實際效果，既包括主裝甲帶，也包括水下彈的防護。相比之下「南達科他」級最終採用的310毫米19度傾斜裝甲帶對406毫米標準彈防禦距離是18000米。而上文提到過，若是垂直裝甲，在19000米處防禦同樣的炮彈需要432毫米的厚度。按照美國海軍另一種當時慣用的計算方法，即從20000米開始每將免疫區向內擴展1000米需要額外增加38毫米垂直裝甲的經驗法則，意味著在19公里處「南達科他」級面對406毫米標準彈時的防護水平相當於480毫米的垂直裝甲!當然，這至是根據設計免疫區推算得來，實際「南達科他」級對406毫米標準單的免疫區內界在40年估算大約為17700米，個人認為這比經驗式數據更為可靠。經驗式本是基於大厚度勻質裝甲計算而來的，其抗彈機理和硬化裝甲完全是兩個概念。
然而問題並不那麼簡單，由於美國戰列艦型寬受到了運河船閘的限制，其寬度不得超過33米(吃水深度限制為12.8米，相對來說不構成太大限制，因此很少被人提及。不過這裡也還要考慮到美國國內一些船閘的吃水限制)，而若是再將裝甲大角度傾斜，其水線面面積必將變得非常小，這對於艦體的穩定性是十分不利的。因此，美國設計師最終在迫不得已的情況下引入了備受爭議的內置裝甲帶。這種布置其風險在於外板一旦被撕
裂，甚至是中小口徑的炮彈都可能造成外側隔艙的大量進水。而此處又根本沒有損管排水的能力，這種損害將造成對戰艦浮力和穩性的巨大挑戰。
這一點早在最初設計時就被考慮到了，因此美國設計師一直在試圖尋找合適的防水填充材料灌入這些艙內以使得損害最小化，然而這樣的嘗試最終失敗了，而法國人卻早在「敦克爾克」級上就使用了硬泡沫橡膠填充。因此留下的這個問題便為後人所詬病，在「馬薩諸塞」號發生的一次撞船事故中，這個空艙造成了極大的麻煩，美國人事後認為若這次掩擊的部位再擴大一點，該艦甚至可能面臨沉沒的危險。大角度下落的炮彈也可能被傾斜裝甲帶彈入TDS的風險。另外，這樣的布置對於裝甲帶的安裝和維修也造成了不小的麻煩。
但由此帶來的好處卻被很多人所忽略一一其32毫米的外板在某些情況下可以撕去一定口徑範圍內的穿甲彈被帽，使得其穿甲能力大幅度削弱，特別是在面對傾斜裝甲帶時更是如此。根據估算，32毫米的厚度已經可以
撕去任何397毫米以下口徑炮彈的被帽，且實際上在此外板後仍有另一層裝甲同樣可以擔當此角色。
對於水下彈的威力，美國在35年開始加以重視並將其結合到其防護設計中去(值得注意的是，日本人早在十多年前對「土佐」號戰列艦進行的射擊實驗中便意識到了這點，並專門開發了水下彈道性能良好的平頭彈以及超長的延時引信)。
但在「北卡羅來納」級的設計中，設計師實際發現自己所能做的不過是在其裝甲帶下方設置較寬的水下勻質裝甲延伸帶。然而到了「南達科他」級設計師們不得不重新正視這個問題。他們給出了將裝甲帶延伸至艦底的解決方案，這樣一來便可以利用裝甲帶的傾斜效果在小厚度下抵擋水中彈的射擊。與採用ClassA 表面硬化裝甲的主裝甲帶不同，這一延伸部分使用ClassB均質裝甲，厚度由最上方的310毫米遞減為25毫米。
對於魚雷防護的問題，美國在「南達科他」級上設定的設計指標仍然是317公斤TNT炸藥，不過對於彈藥艙段給予了更多的重視，以避免再次出現「北卡羅來納」級上的隱患。為了保持TDS效果，美國人盡其所能保持其號炮塔段的寬度以保持TDS的深度，而本應在寬度上削減的部分被放到了船底，由此形成了「南達科他」級獨特的寬大艦尾形狀。
但就TDS本身來說，「南達科他」級仍然不免是個失敗作品，由於其ClassB 與ClassA 裝甲接合部的強度問題以及作為整個系統中重要支撐結構的水平防破片甲板厚度不足，加上由於採用延伸到艦底的主裝甲帶兼作防雷壁，TDS中上部的深度明顯不足。更本質的問題在於其選擇的單層厚防雷壁設計本身對魚雷防護效果就不利，然而為了追求對水中彈的防護效果，設計師們不得不做出取捨。事後美國設計師也承認這種布置方式在防雷上相對於先前採用多層防雷壁的「北卡羅來納」級來說是個失敗。因此眾多因素累加的結果使得美國設計師
不得不相信他們的新作品在船體中部的防雷能力尚還不如此前的「北卡羅來納」級，不過考慮到其他方面質的提升，這樣的缺陷也只能勉強的被接受了。作為另一個例證，日本海軍的「大和」級也採用了類似設計，而其主裝甲帶和防雷壁結合部的強度也時常受人詬病，只不過由於有著十分寬大的艦體，其TDS深度並不像美國戰列艦那樣窘迫。
裝甲盒
「裝甲盒」這一概念最初由美國提出，以對抗日益嚴重的高角度落彈威脅一整艘戰艦的重要部門完全被放置於一個前後左右以及頂部均有重裝甲保護的「盒子」內。遵循自標準戰列艦時期起的慣例，「南達科他」級也將其從前部主炮塔到後部主炮塔之間的部位用裝甲盒保護了起來，其中包括主副炮彈藥庫、一號、二號主炮塔電力旋轉機構、主機、鍋爐、蒸汽管道、發電機、繪圖室各重要配電盤、損管控制中心等一系列設施。
裝甲盒側面由310毫米內傾19度的內置式ClassA表面硬化裝甲建造，以重型鉚釘和螺栓固定在後方的22毫米STS背板上(中間有一層空隙，裝甲帶安裝完成後用水泥澆灌填充)，背板的作用一是支撐裝甲帶，二是在一定程度上阻止硬化裝甲崩落的碎塊進入後方艙室。
而主裝甲帶外側是32毫米的STS鋼外板，可以刺去來襲炮彈的被帽，以便為後方的ClassA裝甲抵擋來襲炮彈提供了相當的便利，如果情況完全理想的話，這層薄薄的外板可以使得後方主裝甲帶效能增加30%!在兩側主裝甲帶前後，「南達科他」級也像所有戰列艦一樣擁有兩道橫向隔壁，其中前部裝甲隔壁287毫米，從主裝甲甲板向下一直延伸至艦底，以保護戰艦在一定角度下對抗從前方襲來的炮彈，後方隔壁雖然厚度也是287毫米，然而僅僅延伸到平台甲板，與後方舵機以及傳動軸的水平裝甲相連。
「南達科他」級的水平防護由三部分構成——露天甲板(防炸彈甲板)、主裝甲甲板、防破片甲板。其中露天甲板為38毫米STS鋼，其作用在於引爆高爆彈以及觸發穿甲彈，穿甲炸彈的延時引信，使其提早爆炸而不至於對下方重要艙室構成成脅，主裝甲甲板外側為135毫米ClassB均質裝甲，固定在下方的19毫米STS背板上.考慮到炮彈可能會從艦體側面不經過露天甲板而直接擊中主裝甲甲板，因此此處的厚度要更大一些。而自兩側TDS頂端至艦體中央的部分則減為127毫米ClassB裝甲，底部同樣固定在19毫米的STS背板上。
在這裡需要指出的一點是，在水平防護效能的計算上常有是否應忽略結構鋼材的爭論。筆者認為對於美國來說，其STS鋼材性能之優秀已經完全可以作為裝甲鋼性質考慮，計算時可以與ClassB進行加權計算，絕不可忽略，但與ClassA 表面硬化裝甲同時使用時則要另當別論。
上層防護
「南達科他」級前艦橋前部設有一個指揮塔，擁有重裝甲保護，其四周裝甲為406毫米的ClassB均質裝甲，頂部為184毫米ClassB 裝甲，底部則減為102毫米。與其下方直接相連的指揮塔裝甲通道內部包括了各種通信、電氣設施，由406毫米的重裝甲保護。此通道在指揮塔下方被分為兩條線路，另一條支路通向前方的Mk38型指揮儀。
由於控制主炮的Mk37指揮儀位於桅頂，與此相距甚遠，因而設置了專門的裝甲通道，其中同樣包裹了重要的通信和數據傳輸設備，負責將目標數據傳輸給裝甲盒內的繪圖室。在相當長的一段時間之內，美國海軍技術人員一直在考慮削減這些通道的防護以減輕上部重量。應對大最增加防空武器和電子設備後不斷惡化的穩性問題，然而最終由於瓜島之戰「南達科他」號上層建築曾遭到集中炮擊而只得作罷一一此役中「南達科他」號的艦體防護區域雖沒有被擊穿，其上層建築卻遭受了嚴重的創傷，使所有雷達設備全部損壞，通信設備以及電纜也遭到了嚴重的損傷，而就在這之前，同樣的情況也出現在了日本的「比睿」號戰列艦上，這使得美國人重新開始重視上層建築的防護。
炮塔及炮座
作為「南達科他」級戰列艦火力的源泉，其三座令人生提的巨大主炮塔能否得到有效保護便成為了一個極其重要的課題。這一點也歷來為美國設計師所重視，美國所有無畏艦都裝備有厚度極大的炮塔裝甲，「南達科他」級自然也不會例外。由於各船廠「建造能力等因素的不同，「南達科他」級、各艦的炮塔正面裝甲厚度並不完全相同，同樣的情況也出現在「衣阿華」級上。「阿拉巴馬」號擁有整塊的482毫米ClassB裝甲，而其他三艦的厚度則從457毫米至495毫米不等，這些炮塔正面裝甲並非完全由ClassB 裝甲建造而成，而是由ClassB 與STS 裝甲共同製成，其實際效果並不如整塊ClassB 那樣好。
不同於內傾的主裝甲帶，炮塔由於其特殊的形狀其往往需要在較小的著角下抵禦炮彈，由於材料技術的進步，美國在一戰後開發了多種新型炮彈，特別是米德維爾的「堅不可摧(Unbreakable)" 炮彈，而之前伯利恆公司(Bethlehem) 為「科羅拉多」級(Colorado Class),「列剋星數」級以及初代「南達科他」級設計的老式BTC硬化裝甲已經無法利用表面強度在炮彈落角與裝甲夾角較大的情況下擊碎這些穿甲彈了，也就是說硬化裝甲優勢已經不復存在了(當然，硬化裝甲在夾角較小時仍有明顯優勢) !而30年代美國使用330毫米STS鋼與硬化鋼作了對比實驗，證明勻質裝甲與硬化裝甲在均未被擊穿的情況下，前者造成的損害要小得多一一硬化裝甲被攻擊後由於其極大的脆性將可能產生致命的背後碎塊，而其後方的STS背板卻不能保證完全阻截這些碎塊，這在主裝甲帶上由於艙室阻隔尚還可以接受，在封閉的炮塔空間內其對內部設備和人員的威脅使很可能是致命的了。另外，當炮彈命中硬化裝甲時，由於裝甲本身缺乏韌性，絕大部分能量都將被傳遞到脆弱的炮塔旋轉機構和炮架上，使炮塔喪失戰鬥力，而勻質裝甲則多少可以吸收一些能量。
「南達科他」級的桶狀基座裝甲採用梯度厚度分配，在其最容易遭受攻擊的側面，以橫向中線為準左右各60度設置了445毫米的ClassA 裝甲，而前後由於在正常交戰方向上被彈面較小僅僅設置了295毫米的ClassA裝甲。之所以在此設置硬化裝甲是由於炮座的圓形形狀使得炮彈幾乎肯定會以一定的著角命中，在這種情況下
硬化裝甲破壞彈體是完全可能的。在瓜達卡納爾之戰中，「南達科他」號的三號主炮塔炮座曾被「霧島」號的主炮
擊中，但這枚356毫米炮彈不僅沒有穿透炮座，甚至也沒有對炮塔的旋轉造成太大的影響，這樣的表現無疑是
令人滿意的。
防雷系統
魚雷破壞一艘戰艦的途徑往往在下面三個方面:
1.爆炸產生的衝擊波摧毀艦體殼板，造成後方進水，進而造成戰艦減速並損害戰艦結構強度。
2.爆炸產生的高溫氣泡，其爆炸造成二次效應，產生次級衝擊波:。而由於有著很高的溫度，氣泡在擴散時遇到可燃物可能引起火災。
3.艙壁被炸時產生的飛濺破片可能會擊穿後方的艙壁造成更大範圍的溺水。
然而上面幾種情況卻分別要求空艙和液艙進行防護，空艙負責削弱衝擊波並釋放高壓氣體，液艙則用來擾亂衝擊波傳遞，阻止破片或至少削弱破片能量。雖然各國戰艦的TDS都結合了這兩者，然而如何布置它們的次序卻成為了一個頗有爭議的話題。
美國海軍從1908年以來就開始了這方面的理論和實驗研究並且一直將其穩步地進行了下去。他們認為最佳的防護方式是在外層設置三層以上的液艙，之後則再設置空艙。其好處在於外側的液艙可以有效減小魚雷在艦體殼板上造成的破洞以減少進水，並且阻止破片進入內層空艙，而即使內部空艙依然出現了大規模進水，其
所造成的傾斜力矩也會因力臂較小而比布置在外部的空艙更小。這也正是「南達科他」級在隔艙布置上採用的思想。而由於條約戰列艦在空間上的窘迫，「南達科他」級減少了隔艙層數，只在外層布置兩層液艙，隨後是由裝甲帶向下延伸的主防雷壁，內部則是空艙。
防護隔艙的艙壁由STS鋼建造，在魚雷爆炸波穿過隔艙後吸收一部分能量並且一定程度上阻擋破片、前方的艙體碎片以及進水。「南達科他」級的TDS系統由外向內依次擁有3 層STS構成的防護艙壁、一層ClassB裝甲構成的主防雷壁以及一層STS水密艙壁作為最後防線,阻擋內艙進水。所有STS艙壁都是16毫米，而主防雷壁則由最上方的310毫米遞減為25毫米。
隨著新型磁引信魚雷成為戰鬥的新一大威脅，對艦底起爆的防護不得不提到更高層次的考慮上來，然而無論如何這樣的努力也還是極其艱難的。由於空間和重量的問題，艦底不可能布置出像舷側那樣的防護隔艙系統，在美國海軍中即使是排水量更大的「衣阿華」級或者「蒙大拿」級也還是如此(與水中彈的情況相似，日本海軍似乎要比美國人更早地意識到了這一問題。從30年代初開始設計金剛代艦時起，平賀讓便曾在彈藥庫底部設置了厚達76毫米的裝甲,而這一設計思路最終在「大和」級上得以實現，後者彈藥庫底部布置有50至80毫米均質裝裝甲並與主裝甲帶下沿相連，在一定程度上也緩解了彈藥庫艙段TDS深度較小的問題)。像其他國家的絕大部分戰列艦一樣，「南達科他」級也只能採用在艦底安裝重型三層底的方式進行有限防護，事後美國也不得不承認這套系統價值是非常有限的，對付水下爆炸仍然只能依靠橫向隔艙來限制進水範圍，控制損失，而根本無法對其進行預防。不過所率美國的研究表明，至少在對艦體結構的破壞這一點上，艦底爆炸對艦底結構並不比舷側爆炸對舷側結構造成的危害更大。
裝甲材料簡介
在「南達科他」級戰列艦上，美國人使用了三種裝甲鋼-Class A 表面硬化裝甲、Class B 勻質裝甲和STS特殊處理鋼。這裡需要指明的是所謂「ClassA" 在美國標準中等同於「表面硬化裝甲」的概念，而不是裝甲的型號，「ClassB" 也是同理。
ClassA硬化裝甲:
這種裝甲研製於1933年，專門為了裝備美國新型戰艦而研製。由於原先使用的BTC裝甲表面硬化層厚度較小，有面對強度日益增強的被帽穿甲彈顯得越來越力不從心，因此美國人意識到必領開始研製新型的裝甲。
其實關於這點各國有自己不同的理念，德國克虜伯公司早期所付出的努力主要都在於竭力提高裝甲的表面硬度而忽略了其韌性，其他各國則普避認為裝甲的韌性同樣至關重要。後來克虜伯公司在他們自己的KCn/A硬化裝甲上也不得不接受了這一理念，並得以大大改善其性能。而為了提高其破壞彈體的能力，美國人的選擇是增加了其表面硬化層，使其達到了55% 的厚度比例，其中35% 至40% 為全硬化層，後面15%至20%為遞減硬化層。
事實證明，除了美國人自己的356毫米Mk16型Mod8 炮彈以外，這種裝甲有能力破壞任何一種炮彈。但是過大厚度的表面硬化層也帶來了大厚度下脆性過大的問題，特別是米德維爾公司生產的裝甲尤為嚴重。因而其性能可能會略遜於KCn/A和英國的CA 裝甲，而美國在其大厚度的炮塔裝甲上使用ClassB裝甲也是出於這樣的考慮。
ClassB均質裝甲:
此裝甲同樣於1933 年開發，使用在炮塔頂部、前部、炮座、指揮塔等必須極力避免裝甲崩裂的部位。該裝甲同樣由美國海軍裝甲鋼的三個供應商製造，卡耐基、伯利恆以及米德維爾公司生產。各公司的配方均有差異，米德維爾公司使用了0.2% 至0.3%的鉬，而伯利恆公司則採用了低碳鋼原理，碳含最僅有0.18% 至0.2%，是所有基於克虜伯裝甲鋼技術的裝甲中含碳最低的一個，其餘還包括0.3% 至0.4%的鉬以及0.1% 至0.14%的釩，這也使這種裝甲成為了美國裝甲鋼中唯一個採用釩做合金元素的。這種勻質裝甲的質量是幾乎使其成為了世界第一的均質裝甲。但較僅次於其的德國Wh鋼優勢非常之小，這兩種裝甲的性能可以說旗鼓相當。
STS結構鋼:
該裝甲系由卡耐基公司開發製造克虜伯高鎳鋼，使用在127毫米以下厚度的垂直裝甲、甲板村層、防崩落內襯、艦體外板、防水隔壁、上甲板等部位 。
最後要指出的是，最初美國戰艦的裝甲由各個公司生產的裝甲隨意拼合而成(注意這個「隨意」自然也是有限度的，例如伯利恆的BNC 和米德維爾的MNC是可以拼合使用的，而卡耐基的CKC 和這兩者則不可以這麼做)，其帶來不可靠性可想而知，然而到了「北卡羅來納」級上,該問題已經得到了解決，美國海軍在一艘戰艦上只允許使用同一家公司提供的鋼材。這對於其裝甲效能的提高也是一個不可忽略的因素。
動力系統
在「南達科他」級的設計過程中，這個問題幾乎是最困擾設計師的一個可題。由於縮短了的艦體，空間問題變得非常棘手。
由於戰艦設計必須具有其一定的繼承性，即考慮到艦隊配合的問題，新戰艦有時不得不為本國已有的戰艦做出一些犧牲，當時美國也考慮到了這點。由於先前的五巨頭(Big Five)「田納西」級和「科羅拉多」級五艦預定要服役到50年代，在未來相當長的時間裡她們仍將是艦隊的重要力量，為了能夠與她們一同編成作戰，速度的選擇定在了23節，這也是美國最初「北卡羅來納」級設計時最初的指標。由於事實上五巨頭在二戰前已經無法達到這樣的航速了，在加裝了防魚雷膨出部後其航速僅有21節不到，因此筆者認為這個速度在一定程度上考慮到了別國老式戰列艦的速度。
而另一種考慮則是傾向於高速化的選擇，伴隨航空母艦作戰的思想在35年設計之初就被提出，並且被海軍內部一些激進派所推崇。其航速的設定為30節以上，而在設計案中具體為30.5 節，不過最初的設計中這樣的高速戰艦幾乎佔了所有計劃的半壁江山。不過美國人很快意識到這是非常不現實的設計，為了這樣高航速，戰艦的火力和防護性能要被犧牲太多，而即使如此也都難以真正達到「突擊者」號29.25節或者「列剋星敦」級33.3節的高速，陪伴航母作戰的任務可能難以實現(其實際並非如此，根據二戰時各國的實戰經驗來看，只要巡航速度足夠便完全可能實現這種編隊作戰，最高航速無需達到航母的標準)。
於是，在高速戰艦的設計指標上，美國人做了妥協，其作戰任務改變為高速前衛，並壓制日本的前衛——三艘「金剛」級高速戰列艦(美國並不知道日本已經準備讓因條約規定而解除武裝的「比睿」號重新服役)。根據美國所掌握的情報，這些「金剛」級戰列艦擁有26節的高速，遠遠凌駕於美國已有的主力艦之上，在未來的作戰中日本人很可能會利用其高速襲擊美艦隊側翼。美國需要新的快速戰列艦來克制「金剛」級。因此其航速也被設定在了27節。實際這樣的一點航速優勢是在戰鬥中是完全不夠用的，但考慮到戰鬥力及噸位的限制也只得如此。這也就發展為之後「北卡羅來納」級的設計航速，而「南達科他」級則在此基礎上提高的0.5節。然而美國人有所不知的是，日本在30年代已經完成了對「金剛」級的第二次大改裝，其航速已經達到了30節，最初美國克制日本艦隊前衛的目標已經不可能達到了。
在上述三種思想影響下，23節、27節以及30.3節成為了美國設計師最常考慮的三種航速，由於對未來作戰方式並不確定，總委員會下達的設計指標在這三種航速中不斷地變動。雖然在「南達科他」級的設計中其他航速也出現過，例如克制25節的「長門」級，擺脫潛艇攻擊等，但都不曾像上述三種方案一樣被深入討論過。
「南達科他」級最初的草案設計是一艘水線長184.7米。三炮塔、24.7節的戰艦，這樣的設計已經達到了42300噸,而她的主機功率卻已經和先前的「北卡羅來納」級相仿了。這樣的情形無疑是令人失望的，因此美國在同年重新進行了速度的概念設計，在195米、198米和201米的船體上試驗從19到27節範圍的航速並進行理論計算，事後認為若動力系統能夠有所改進，「北卡羅來納」級的艦體是可以達到25.8至26.2節航速的。但想要在長寬比更小、阻力更大的新型戰艦上達到和前輩「北卡羅來納」級一樣的速度，必然需要更大的馬力，這就意味著需要更大的空間。
這是一個令設計師相當頭疼的惡性循環，在動力系統本身性能沒有質變的情況下，美國設計師不得不考慮種顛覆性的布置——將動力艙分為兩層，鍋爐艙在上，主機艙在下，這種方案在「列剋星敦」級戰巡的早期方案中就曾經出現過。當時設計師們因為被要求必須使新艦達到驚人的35節，不得不將相當一部分鍋爐布置在裝甲甲板以上，對當時的技術條件而言，這樣冒險的布置也是設計師們所能採用的唯一方案。20年後，同樣的問
題再次出現，美國人再次選擇了這條老路。然而若按此布置，上方得不到裝甲盒保護的鍋爐艙將完全暴露在敵人重火力下，成為一個足以抵消其他任何防護進步的致命弱點。因此美國人不得不對裝甲盒結構進行同樣的更改以保護這些鍋爐，由此便產生了一些十分奇特的布置方式。
在之後的努力下，美國人終於將「南達科他」級早期方案中的鍋爐艙從上面搬了下來，改為布置在主機艙內部，但為了騰出下方主軸穿過的空間，鍋爐仍需要相當程度的上抬並穿過防破片甲板，因此在鍋爐上方美國人布置了另一層更高的防破片甲板，位於主裝甲甲板的下方，不過情形已經得到了大幅改善。設計師重新採納了「北卡羅來納」 級的單元動力布置一一由一台主機，兩台鍋爐與一至兩台渦輪發電機組成一個動力艙。美國
人希望以渦輪發電機滿足全艦的用電量，因此取消了前後主柴油發電機艙。另外，美國人還考慮將蒸汽冷凝器和蒸汽發生器也布置在動力艙內而不再單獨分艙。所有的這些改動使得「南達科他」級得以在縮短的艦體上安
置兩間繪圖室。
在錢特里的最初設想中，單元動力的設計因佔用空間較大而被拋棄過一段時間，然而最終這一設計還是被沿用了下來。雖然這一布置看起來能夠對動力系統的生存性有極大提高，但事實上這只是一一種極端措施，並且完全改變了美國曾經的設計邏輯。
從「新墨西哥」號的實驗性使用開始，渦電傳動得到了美國人極大的青睞，當時主要吸引美國人的原因一是可靠性，二是動力系統的高效率，三就是這種動力系統給設計師增加防水隔艙提供了便利。然而到了新戰艦的設計時由於受到條約噸位的限制，沉重的渦電傳動不得不被設計師很不情願地放棄了。這一決定是非常艱難的，因為美國在一戰後的設計研究中一直堅持沿用渦電傳動。其引出的增加防水艙數量提高戰艦生存性的概念也在同時被徹底顛覆了。若是損管不力，戰艦的大量隔艙很容易造成單側過量進水並進而由於損管注水調平使得實際進水量反而更多。這種分艙思路在巡洋艦上是可行的，然而到了戰列艦這樣艦型的戰艦上仍然這樣布置完全是美國設計師過於樂觀了。
原本「北卡羅來納」級已經使用了革新性的高壓鍋爐，然而主機系統卻設能跟上，其主機仍然是中壓渦輪機，因此動力實質上並未得到多少改善。由於主機的改進，「南達科他」級最終得以在指定艦體長度內實現13萬軸馬力的功率。這裡要指出的是，英國人對「北卡羅來納」級和他們的「喬治五世」級戰列艦進行了對比，其結論認為前者在高速航行時其主機效率較低，因此後繼的「南達科他」級很可能也存在類似問題。英國人則在設計時卻專門考慮到了這點並使「喬治五世」級的高速效率獲得了不少的提高。
「南達科他」級使用了八座高溫鍋爐以及四組蒸汽渦輪機提供整艘戰艦的推動力，同時鍋爐也提供主渦輪發電機的蒸汽。這些動力系統以一組渦輪機配合兩座鋼爐的方式分別安裝於四個動力艙中，組成四個動力單元，每個單元提供32500軸馬力的動力，整個機艙段從73號肋骨處延伸到113號肋骨。其中一號動力艙(由前至後)
提供一號推進軸（由右至左)的動力，二號動力艙則對應四號推進軸，三號動力艙對應二號軸，四號動力艙對
應3號軸。
「南達科他」級採用的超高溫鍋爐可以產生454攝氏度、壓力42公斤，平方厘米的高溫高壓蒸汽提供給渦輪機，每小時燃燒5300升燃油來加熱62459升鍋爐水。整個鍋爐的運作程序大致如下: 燃油通過過濾器後由廢氣驅動的鼓風機霧化吹入爐膛燃燒，而鍋爐水則經過凈化後進入爐內管道中，被加熱為254攝氏度、壓力42公斤/ 平方厘米的飽和蒸汽，隨後其中10%通過鍋爐止回閥進入輔助蒸汽管道，而90%則被送往過熱器，進一步加熱至454攝氏度並送入主蒸汽管道，驅動渦輪機和渦輪發電機。
隨後大量高溫高壓蒸汽通過一系列閥門進入蒸汽鍋輪機，「南達科他」級的四組三缸渦輪機每組分為高壓渦輪機、低壓渦輪機以及倒車渦輪機，其中倒車輪機直接設置在低壓渦輪機的後方。高壓渦輪機為12級輪機。即
分別擁有12套動葉輪和12套靜葉輪，經過高壓渦輪機的燕汽壓強被降至4.2公斤/ 平方厘米，而損失的能量則被用來推動輪機的轉子進而推動推進軸的轉動。當然其中有一部分高溫蒸汽是被從渦輪機中抽出供其他用途。為了保證效率，經過高壓端的蒸汽還要繼續進入低壓端。最終降為37.8攝氏度的蒸汽被送入蒸汽循環管路而不再繼續做功。而當需要倒車時，蒸汽將不通過高壓和低壓段而直接被送入倒車輪機。
在完成做功階段後，蒸汽被送入冷凝器。該裝置由大量水管包裹膛壁，其中裝載海水，用以冷卻並液化蒸汽，以供再次使用，而一台由廢氣驅動的抽氣泵則用來保證凝汽器中的真空度以減少其對渦輪的背壓，避免動力系統損失效率。隨後由渦輪機抽出的高溫蒸汽通過輔助廢氣管路與冷凝完成的給水混合，再次將其汽化，並進入脫氣槽冷凝，以除去在高溫下會俯視渦輪機葉片的氧氣。隨後蒸汽便通過供給管道經過加壓重新送入鍋爐，開始新一輪循環。
而渦輪機未端則連接在二級齒輪減速器上，該減速器將渦輪機的6000轉(高壓輪機)或是4000轉(低壓輪機)降至推進軸所使用的185轉。
「南達科他」級在建成時使用了四葉螺旋槳,只有「印第安納」號並非如此。由於美國人的水動力測試中表明外側使用五葉螺旋槳而內測使用四葉的布置會獲得更好的效果，「印第安納」號便以此方式設置。然而之後各艦的配置方式都進行了改動，「南達科他」號將其內側一對螺旋獎改裝為三葉，其後又於1944年改回全部四葉的形式，而「阿拉巴馬」號和「馬薩諸塞」號則分別在1943年和1944年被改裝為與「印第安納」號相同的形式。然而根據1945年對「阿拉巴馬」號艦體震顫情況的調查，「印第安納」號將其內側螺旋槳改為三葉。總體來說「南達科他」級在推進系統上要較「北卡羅來納」級成功很多，美國人所擔心的類似後者那樣因推進軸導致艦體嚴重震額的問題也沒有出現。
隨著戰艦體積日益增大，加上眾多新型電子設備的出現，戰艦的用電量也與日俱增，而電力系統能否正常工作以及受損後的損害範圍控制往往也成為了衡量戰艦戰鬥力的一項重要指標。
「南達科他」級安裝了七台1000 千瓦渦輪發電機，並由此提供全艦一切正常所需電力，一號至三號動力艙中均搭載有兩台這樣的渦輪發電機，只有四號動力艙中只裝載了一台。另外，按照慣例該級艦前後分別配置了台一200 千瓦應急柴油發電機，前部發電機位於左舷蒸餾器旁邊，後部發電機位於配電室下方，以在鍋爐無法正常提供渦輪發電機蒸汽時暫時驅動戰艦必須的電力設備，如用於損管的排注水、滅火設備等。
1000 千瓦渦輪發電機由鍋爐驅動，其蒸汽通過主蒸汽管路上的閥門進入渦輪發電機，為艦上的電力設備提供450伏特的三相交流電。輸出的電流被送往四個主配電室中，一個在前部，一個在後部，另兩個則分別被安置在二號和三號動力艙中。這四個配電室不僅負責向全艦各個單位輸送電力，同時也負責操作渦輪發電機。在分配到具體單位後，根據其需要由專門的變壓器將其轉換為合適的電壓，或是由直流/ 交流電轉換器將其轉換
為直流電，供探照燈、揚彈等系統使用。若其中有一個或若干配電室無法使用，其工作可以分配給其他任意一個配電室完成。
為了保護輪機和電路，一旦電路負載過小而又沒有採取適當的斷路措施從而出現短路危險時，蒸汽供應會立即被切斷，整個輪機停止工作。而若是全艦主電壓低於350伏特，則前後的緊急柴油發電機將自動被接入電
路，直到電壓恢復至405伏特，柴油發電機便與電網斷開，但其停機工作則需要人工手動完成。
探測設備
測距儀是戰列艦最重要的設備之一。除了火控目的的測距儀外，「南達科他」級還安裝了三具3.6米航海測距儀，前部上層建築上左右各一台，而另一檯布置在三號主炮塔上方。另外，在雷達出現前，大型探照燈性能和數量也是衡量一艘戰艦夜戰能力的重要標準，因此這自然也列入了「南達科他」級的設計考慮中，「南達科他」級設計搭載六具90厘米直徑大型探照燈，其中兩具布置在上層建築上，另外四具則安裝在前桅上。而由於美國人意識到了雷達的潛力所在，其後繼的「衣阿華」級和「蒙大拿」級探照燈數最便減少到了四具。
「南達科他」級本身也只有「南達科他」號按照預定的方式安裝了所有的六具探照燈，其餘均減少到了四具。而「南達科他」號後來也因上層建築上的兩具探照燈在改裝時被40毫米高炮取代而減少到了四具。「印第安納」號和「阿拉巴馬」號在其前桅中部設置了兩具指向艦首的探照燈，而上部的兩具指向尾部。「馬薩諸塞」號則在其前部副指揮儀後方中心線布置了一具探照燈，前桅上部兩具，後方指揮儀處則設置了第四具。
在1941年夏天，美國人預定在「南達科他」級前桅上安裝一座CXAM 對空搜索雷達，這種雷達之前已經被安裝到了「北卡羅來納」號上然而這一計劃最終並來實現。四艦最終安裝的是SC 雷達，在之後的改裝中，SK-2雷達取代了SC雷達的位置，只有「印第安納」號仍然採用了稍老的SK 型雷達。
水面搜索任務則交由SG雷達完成，由於不同雷達之間會存在干擾，最初SG雷達被安裝在後主炮指揮儀附近。問題解決後，戰艦前桅上安裝了第二座SG雷達，「阿拉巴馬」號後來還使用SU 雷達替換了SG 雷達。1944年，
美國海軍要求戰列艦必須在主桅上安裝輔助對空雷達，但在「南達科他」級上，這需要對其主桅進行改裝。因此「馬薩諸塞」號在1944年6月至7月間的改裝中修改了主桅，並安裝了SR雷達，在之後除了「印第安納「號外
其他的兩艦也安裝了該雷達，而「印第安納」號則使用了SP測高雷達。
第一次齊射
"北卡羅來納」級和「南達科他「級戰列艦均是作為美國海軍航速最快的新式決戰主力艦設計建造的，雖然在真正投入服役時她們已經失去了在戰列線中進行與日本人進行艦隊決戰的可能。但這卻並不意味著她們全無機會向利用自己的巨炮向對方傾瀉怒火。
「南達科他」級的三號艦「馬薩諸塞」號在10月28日被投入到了盟軍在北非摩洛哥登陸的掩護任務之中。為確保登陸艦隊的海上交通線通暢，這一被稱為「火炬」的登陸行動要求盟軍必須首先攻克摩洛哥大西洋海岸的要港卡薩布蘭卡。作為維希法國在北非最重要的港口，這裡停泊著一艘巡洋艦、10艘驅逐艦、11艘潛艇以及未完工的戰列艦「讓·巴爾」號。除此以外，該港在地面上也擁有四個炮台和一個陸軍塞內加爾營。為在登陸前摧毀卡薩布蘭卡的防禦力量，盟軍決定對其進行炮擊，而其中炮擊的核心力量便是「馬薩諸塞」號戰列艦。
由於「馬薩諸塞」號所需射擊的目標位於港口之內，11月8日清晨，「馬薩諸塞」號彈射了「翠鳥」式(Kingtlisher) 水上飛機，希望能夠憑藉觀測機的航空校射進行炮擊。法國人也很快認清了對方目的，迅速派出戰鬥機對其加以攔截，並在6時50分左右成功擊落了一架「馬薩諸塞」號的觀測機。不過這些戰鬥機也很快便被戰列我的127毫米高平兩用炮擊落了。7時過後，法國炮台開始向「馬薩諾塞」號進行射擊,僅僅三分鐘之後，「馬薩諸塞」號也終於開始在倖存的「翠島」引導下利用主炮對「讓·巴爾」號未完工的船體開火了。
自1898年7月3日「俄勒岡」號(USS Oregon,BB-3) 在聖地亞哥海戰中向西班牙艦隊開火以來，這還是美國戰列艦首次用主炮向敵人開火。
雖然「讓·巴爾」號此時尚未完工，但其一號四聯裝主炮塔卻已經可以使用了，並在7時08分對港外的美國艦隊進行反擊，兩個巨大的橙色水柱隨之在距離「馬薩諾塞」號500米的距離上騰起。到了此時，該艦的火控雷達卻因為主炮開火時產生的炮口暴風而發生了故障，而法國人又在海港內釋放了大量煙霧，導致「馬薩諸塞」號的射擊修正只能完全依靠觀測機進行，所幸她所射擊的只是一些海港內的固定目標，否則其火控效率便很可能完全不敷使用了。
當「馬薩諸塞」號的射擊剛剛開始時，其射程便達到了21000米，而在航行過程中，其與「讓·巴爾」號的最遠距離甚至還曾達到25000米以上。但就是在這樣種火控系統大部分故障或失效，射擊距離又相對較遠的情況下，「馬薩諸寒」號卻依然在僅僅進行了九次齊射的情況下取得了五枚命中彈。由於射擊距離較遠，再加上超重穿甲彈所帶來的巨大水平穿深，「讓·巴爾」號的水平裝甲遭到擊穿，使該艦受到重創，原本在戰前還擁有兩門可用主炮的一號主炮塔也損壞了。在僅憑觀測機引導射擊的情況下，「馬薩諸塞」號依然取得了6.7%的命中率，表現可謂卓越。不過若非對方只是停泊在港內的固定靶，這一命中率是無論如何都無法達到的。
「讓·巴爾」號失去戰鬥力後，「馬薩諸塞」號便將目標轉向了「魯莽」號(MN Fougueux) 驅逐艦，此時後者已經駛出了卡薩布蘭卡港並試圖對美國艦隊進行魚雷攻擊，不過「馬薩諸塞」號成功地在15000米距離命中對方，使對方在不久後沉入海底。除此以外，「馬薩諸塞」號還曾命中了「佩里毛蓋特」號輕巡洋艦(MN Primauguet) 以及停泊在港內的驅逐艦「米蘭」號(MN Ie Milan )。
在這一天的交戰中,「馬薩諸塞」號也並非毫髮無損，自「埃爾·漢克」炮台射出的一枚203毫米炮彈命中了該艦二號主炮塔左舷的甲板。不過這枚炮彈雖然成功擊穿了最上甲板，並在上甲板引爆。但卻沒有造成任何人員傷亡，對主炮塔基座或艦內其餘設備也並沒有造成嚴重損傷。
該行動結束後僅僅四天，「馬薩諸塞」號便回到了美國本土，並準備前往太平洋地區參與對日本人的戰鬥。即使到了此時為止，該艦事實上也僅僅服役了六個月時間，其2400名艦員中有2000名是跟隨戰艦一同服役的。
1943年4月2日，「南達科他」號與42年8月服役的「阿拉巴馬」號一同出現在了英國海軍最重要的錨地斯卡帕灣(Scapa.Flow)，以期將德國人的注意力從盟軍即將登陸的地中海西西里島吸引到大西洋方向。與此同時，兩艦也擔負著防止「提爾皮茨」號(KMS Tirpitz) 闖進大西洋或襲擊北極援蘇航線的任務。直到1943年8月1日，兩艦才從蘇格蘭返回美國。
聖克魯斯的天幕
對「南達科他」號而言，該艦在太平洋的運氣似乎並不好。在這艘當時美國最為強大的高速戰列艦從西海岸起航抵達湯加塔布島時，該艦便於9月6日在湯加島附近因觸確而遭到了損壞，不得不調來了附近的「修女」號維修艦(USS Vestal),並派出潛水員查看「南達科他」號的艦底情況。根據潛水員報告，這艘戰列艦艦底有45米長的區域都傷痕纍纍。直到兩天後，戰列艦的乘員才在「修女」號的維修人員幫助下對破損的艦底進行了簡單維修，並使「南達科他」號脫離暗礁。
在此之後，該艦不得不在投入首次實戰部署前便在珍珠港接受了為期一個月的維修。直到10月12日才被編入第16特混艦隊，而其實際伴隨「企業」號航母來到瓜島附近作戰的時間更是被推遲到了10月24日。
在此之前一個半月，「北卡羅來納」級的二號艦「華盛頓」號(USS Washington,BB- 56) 便被派到了瓜島海域，並在不久後成為了第六戰列艦分隊指揮官威利斯·李少將(Willis Lce) 的旗艦。在「南達科他」號抵達之前，「華盛頓」號與三艘巡洋艦、六艘驅逐艦一直留在槽海中負責攔截日軍從西北方向對瓜島進行的增援行動。而「南達科他」號在隨第16特混艦隊抵達南太平洋後則隨航母一同前往了瓜島以東的聖克魯斯群島(Santa Cruz Islands),阻斷日軍航母部隊從東方突破美軍在瓜島周圍防線的可能。
這一部署後來被證明是極為明智的，因為就在第16特混艦隊抵達南太平洋兩天之後，一支擁有著「翔鶴」號，「瑞鶴」號、「瑞鳳」號三艘航空母艦的艦隊便從聖克魯斯群島方向殺向了美國艦隊。而在三艘航空母艦前方，「比睿」號，「霧島」號兩艘高速戰列艦以及三艘巡洋艦組成了快速前衛部隊，在較遠的位置上，「隼鷹」號航母也隨時準備為其提供支援。與此同時，由近藤信竹指揮的前進部隊則受命在雙方航母進行交戰同時突入瓜島，以「金剛」號、「榛名」號對美軍在瓜島上的亨德森基場(Henderson Field) 進行炮擊。
10月26日，第16特混艦隊終於與日本航母部隊發生了大規模航空戰，「南達科他」號與兩艘巡洋艦在海戰中始終伴隨「企業」號航母左右，與「大黃蜂」號航母所在的第17特混艦隊之間有著10海里的距離。在日軍的首次空襲中，第17特混艦隊和「大黃蜂」號航母成為了日軍重點攻擊對象，36架魚雷機和俯衝轟炸機在上午10時10分左右對航母進行了猛烈空襲，不到五分鐘內，該艦便被兩枚魚雷命中了右舷，同時還被三枚炸彈擊中，在接下來的一天里，該艦仍不斷遭到日軍攻擊，最終不得不於當天夜間棄艦自沉。
與第17特混艦隊相比，「南達科他」號所在的第16特混艦隊在最初看起來似乎運氣要更好一些。這支部隊在「大黃蜂」號遇襲一小時後才成為日軍的打擊目標，面來襲敵機的數量也僅有20架俯衝轟炸機。位於「企業」號右舷900米的「南達科他」號大顯神威，利用猛烈的防空炮火極為有效地阻擋著日軍飛機攻勢。但在這20架俯衝轟炸機離去之後，日軍另一波由魚雷機和俯衝轟炸機組成的攻擊隊飛臨第16特混艦隊上空。這些日本飛行員們出色地協同作戰，幾乎在同一時間以不同方向對「企業」號發動進攻，並使後者被兩枚炸彈命中。不過在損管人員的努力下，「企業」號很快便恢復了飛機起降能力，並依然能夠正常航行，不少原本屬於「大黃蜂」號的艦載機也因此降落到了「企業」號上。
12時19分，「南達科他」號終於成為了24架日本魚雷機、俯衝轟炸機的攻擊對象。這一波攻擊隊借著當天高度較低的雲層接近了美國艦隊，俯衝轟炸機直到飛臨「南達科他」號上空才飛出雲層，並在12時29分以一枚250公斤炸彈命中了該艦的二號炮塔。這枚炸彈並沒能擊穿炮塔頂部裝甲或導致炮塔無法使用，但還是使該艦的兩門主炮受到了損傷，而包括正在裝甲指揮塔以外指揮防空作戰的艦長在內，全艦有49人被彈片炸傷，另外還有一名水兵被直接炸死。
在整個第16特混艦隊中，「企業」號和「南達科他」號是僅有的兩艘裝備了40毫米高炮的戰艦。這兩艘戰艦利用40毫米炮在艦隊核心的1200米高度上編織出了一道猛烈的火網，使對方攻擊機難以穿越。除此以外，整個第16特混艦隊總共還配備了108門20毫米高炮，雖然這一數字事實上只能相當於戰爭後期兩艘戰列艦的搭載量，對於防禦後來動輒上百架的大編隊而言十分吃力，但對於1942年那些飛機數量只能達到兩位數的攻擊隊而言卻依然是十分致命的障礙。
在整場海戰之中，「南達科他」號宣稱本艦擊落了多達26架日本飛機，雖然這一數字無疑是有著誇大的成分，但也足以證明該艦在這場聖克魯斯海戰中所起到的重要作用，與被擊沉的「大黃蜂」號相比。「企業」號所受的損傷要小很多，這與「南達科他」號強大的防空火力不無關係。要知道在這場海戰之中，「企業」號所派出的掩護戰鬥機還曾一度因對空雷達的引導失誤而錯失了截擊日本攻擊隊的最佳時機。
原本便因有經驗的飛行員數量不足而困難重重的日本海軍在這一戰中損失了99架飛機、145名飛行員，其飛行員的損失甚至要比中途島海戰中不足110人的數字更大。對於空勤人員日漸捉襟見時的日本人而言，聖克魯斯海戰中雖然他們在戰艦方面僅僅付出了輕型航母「瑞鳳」號和大型航母「翔鶴」號重創的代價便擊沉了「大黃蜂」號、重創「企業」號，但飛行員的大量損失對於整個日本航母部隊而言無疑也是一個致命打擊，而聖克魯斯海戰對於這一點的貢獻要比中途島更具決定性。在此之後直到1944年6月，日本航母艦隊再未敢於與美國航母交戰。
瓜島夜戰
在聖克魯斯海戰之後，隨著日本航母部隊的撤退以及亨德森機場航空部隊逐漸壯大，盟軍逐漸控制了瓜島附近的制空權，日軍僅靠遠自拉包爾等地的岸基航空兵已經無法再與美國海軍以及陸戰隊航空兵繼續對抗下去，甚至連槽海東部都已經被美軍所控制了。在這種情況下，美國海軍對瓜島進行增援所需的交通線便得到了確保，而日本海軍卻只能利用驅逐艦甚至潛艇在夜間對島上的地面部隊進行支援。面對這一情況，日本海軍所剩下的唯一選擇便是利用水面艦艇炮火在夜間破壞機場，使其暫時無法使用，之後才能對地面部隊進行大規模增援運輸。
為保衛亨德森機場以及運輸船隊的卸載登陸場，美軍也在瓜島以北的薩沃島附近部署了巡洋艦、驅逐艦和摩托魚雷艇。不過對於此時的美國海軍而言，與日本艦隊進行夜間交戰依然是一件令人十分恐懼的任務。在瓜島戰役剛剛開始的8月9日夜間，以五艘重巡洋艦為主力的日本第八艦隊便曾使得當天盟軍在瓜島沿岸的所有
警戒力量全軍覆沒，坐擁雷達預警優勢的美軍艦隊在大量小島的雜波干擾下甚至沒能比對方的肉眼更早發現敵人。雖然在那之後美軍也曾於10月11日在埃斯佩蘭角海戰中擊敗了五藤存知的第六戰隊，並取得了擊沉「古
鷹」號重巡洋艦的戰果，但在那之後僅僅兩天，栗田健男便帶領著第三戰隊的兩艘「金剛」級高速戰列艦炮轟了亨德森機場，使該機場在之後一段時間內無法正常使用。如果日軍企圖再次利用戰列艦來上演這樣一場突襲，美軍艦隊所要承擔的壓力依然十分巨大。
11月12日至13日夜間，「比睿」號和「霧島」號兩艘高速戰列艦果然試圖故技重施，但第67特混艦隊的巡洋艦和驅逐艦卻在一場混戰中成功阻止了對方炮擊瓜島的企圖，並對旗艦「比睿」號造成了十分嚴重的打擊。在第二天白晝遭到仙人掌航空隊空襲後不得不選擇自沉。不過就在當天夜間，由於第67特混艦隊本身在夜戰中也遭受了不小的損失而撤離了瓜島沿岸，三川軍一的重巡洋艦在幾乎未受任何阻攔的情況下成功炮擊了亨德森機場，只不過其效果要比戰列艦的巨炮相差許多。
在意識到只要已方不對瓜島沿岸緊密保護，日本人便會不斷在夜間空襲機場之後，負責指揮南太平洋所有海軍部隊的哈爾西卻發現自己手中已經沒有更多的巡洋艦可以使用了。因此他只能將「南達科他」號和「華盛頓」號兩艘新式戰列艦以及四艘驅逐艦臨時編入第64特混艦隊，並任命第六戰列艦分隊司令李少將為指揮官，部署在薩沃島附近。對於任何一個國家的海軍而言，將戰列艦部署在如此狹窄的海域中都是十分冒險的，兩天前「比睿」號在近距離被第67特混艦隊重創便是最為明顯的例證。而日本人的巡洋艦、驅逐艦又裝備著駭人的九三式氧氣魚雷，對美國戰列艦的威脅要遠比美國巡洋艦對日本戰列艦的威脅更大。
當14日夜幕降臨時，第64艦隊以四艘驅逐艦領先，旗艦「華盛頓」號居中、「南達科他」號位於隊尾的單排縱隊航行於薩沃島東北方向。幾乎與此同時，有槽海巡邏的「鮭魚」號潛艇(USS Trout,SS-202) 發現了由「霧島」號戰列艦、「高雄」號、「愛宕」號以及兩艘輕巡洋艦、九艘驅逐艦組成的日軍艦隊正在向瓜島前進，並將這一情報告知第64特混艦隊。李少將隨即命令艦隊開始沿薩沃島海岸開始進行環航，以求擴大自己的搜索範圍。在此期間，李還與部署在瓜島北岸的摩托魚雷艇取得了聯繫，並將自己的行動告知對方，以免遭到誤擊。
11月15日零時剛過，「華盛頓」號的雷達在大約17000米距離上發現了正從薩沃島以北接近的日本艦隊。在當天較為明亮的月光照耀下，薩沃島附近海城的能見度達到了15000米左右。因此在零時16分，「華盛頓」號便開始在光學火控系統以及Mk3型火控雷達的共同引導下開始利用主炮對日本艦隊進行射擊，一分鐘之後，「南達科他」號也跟著開火了。到零時19分主炮停止射擊時為止，「華盛頓」號總共發射了39枚406毫米炮彈，但其射擊目標「川內」號輕巡洋艦卻並沒有被任何一枚炮彈擊中。在此期間，兩艘戰列艦也利用127毫米副炮在大約14000米距離上對日本驅逐艦進行了射擊，但同樣沒能取得命中。
與之相比，日本輕巡洋艦和驅逐艦的火力就顯得十分有效了。不到20分鐘之內，美國的四艘驅逐艦全部遭到猛烈炮火打擊，「 沃克」 號和「 普雷斯頓」號被擊沉，「格溫」號和「本哈姆」號則受到重創，被迫退出了戰場。直
到此時，「南達科他」號的127毫米副炮才終於重創了「綾波」號驅逐艦。
到零時33分時，「南達科他」號因主副炮同時射擊時產生的巨大震動而出現了電力設備短路，再加上損管人員處理不當，全艦突然之間喪失了全部電力，雷達、火控系統、炮塔、揚彈井以及無線電立刻便無法使用了，
直到三分鐘之後，該艦才重新恢復戰鬥力。不巧的是，為了躲避「沃克」號和「普雷斯頓」號熊熊燃燒的殘骸，兩艘美國戰列艦不得不進行轉向，位於「南達科他」號前方的「華盛頓」號靈活地向左轉舵，將驅逐艦殘骸保持在了自己與敵方艦隊之間，使對方無法發現自己。而「南達科他」號卻選擇了向右轉舵，這樣一來就自己背後兩艘驅逐艦上的大火就照亮了這艘戰列艦的輪廓，為日本炮術人員提供了一個清晰可見的目標。而零時42分該艦的三號主炮塔在向艦尾方向射擊時又引燃了兩架「翠鳥」式水上飛機，使這一情況雪上加霜。
在整個太平洋戰爭中，除開戰當天在珍珠港遭到空襲的幾艘標準戰列艦以外，「南達科他」號和「華盛頓」號目前所遭遇的情況要算是美國戰列規所遭遇的最危急時刻了。此時第64特混艦隊中所有的驅逐艦都已經失去了戰鬥力，只剩下兩艘戰列艦孤零零地仍在薩沃島以南抵抗著戰鬥力仍然相當完整的日本艦隊。而「南達科他」號現在又將自己暴露在了對方面前。由美國海軍重演兩天前「比睿」號的悲劇幾乎已經成為了定局，如果近藤信竹命令自己手中剩下的八艘驅逐艦一擁而上進行魚雷攻擊，並為重巡洋艦和「霧島」號戰列艦的炮擊提供有力掩護的話，這兩艘太平洋艦隊乎中最新銳的戰列艦至少有一艘就要葬身魚腹了。
但就在這樣一個決定性時機，近藤信竹卻犯下了一個致命錯誤。自「華盛頓」號使用主炮開火以來，日本人便在驚訝之中認清了對方艦隊中擁有著遠比驅逐艦或巡洋艦更為強大的戰列艦。到「南達科他」號將自己暴露在火光下之後，近滕信竹的全部注意力立刻被吸引了過去，兩艘重巡洋艦以及「霧島」號戰列艦也開始向對方擊中火力進行射擊。由於他忽略了美國艦隊中存在另一艘戰列艦的可能性，因此日本艦隊甚至連探照燈都已經打開並對準了「南達科他」號，而水雷戰隊也並沒有採取任何積極行動。也許是近滕認為既然對方只剩下一艘戰列艦，那麼在儘可能削弱對方戰鬥力之前，沒有必要讓驅逐艦接近「南達科他」號進行雷擊的必要。
事實上日本艦隊所採取的行動卻最終將自己引向了失敗。在日本艦隊的集中射擊下，「南達科他」號總計被命中了多達26次，但除一枚命中三號炮塔座圈的356毫米炮彈以外，其餘均是127毫米至203毫米炮彈。考慮到日本炮術人員利用探照燈光在「南達科他」號周圍林立的水柱中分辨出本艦彈著落點以及修正射擊時所面臨的困難，「霧島」號主炮低劣的命中率也並不令人意外。
由於這26枚命中彈中絕大部分都打在了上層建築上，而擊中艦體的幾枚炮彈也沒有一枚對「南達科他」號的水下部位造成任何傷害，因此該艦事實上並沒有面臨沉沒威脅。一心認定對方已經在劫難逃的近藤信竹也並沒有出動驅逐艦進行大規模雷擊，而只是由兩艘重巡洋艦發射了八枚準頭不佳的魚雷。不過上層建築及火控系統的損壞也使「南達科他」號幾乎失去戰鬥力了，因此該艦隻得繞過瓜島北岸，開始沿西南方向撤退，而阻止日本人追擊的工作則被留給了「華盛頓」號來進行。
從戰術上來講，第64特混艦隊事實上已經在海戰中失敗了。在威利斯·李帶到薩沃島的六艘戰艦中，現在僅剩下「華盛頓」號一艦仍然保持著戰鬥力，而其所能做的也只是在「南達科他」號以及兩艘倖存驅逐艦撤退時為其提供掩護。早在「南達科他」號遭到日軍圍攻時，「華盛頓」號便已經開始利用副炮向日軍探照燈所在方向進行了數次射擊，不過同時薩沃島上空愈發減弱的月光已經使能見度下降到了5000米左右，而令人驚訝的是，海面能見度的下降使日軍並沒能意識到「華盛頓」號的存在，而他們終於將為自己的疏忽受到懲罰了。
凌晨1時，「華盛頓」號終於開始以主炮向「霧島號戰列艦開火。在此之前，華盛頓號早已通過雷達辨認了這艘日本艦隊中雷達回波信號最大的戰艦的所在位置。當她的主炮開火時，「霧島」號剛剛開始轉向東南航行，而「華盛頓」號則在以西北航線前進，雙方形成了完全的反航戰局勢。不過交戰過程事實上只是「華盛頓」號單方面的炮擊而已。
從1時至1時02分30秒之間，「華盛頓」號向「霧島」號傾瀉了39枚406毫米炮彈，在實戰狀態下這要算是相當卓越的射速了。在短暫停火了90秒鐘以確定目標情況，並對火控進行校正後，「華盛頓」號再次開火，這一次該艦在三分鐘內發射了36枚主炮炮彈。在此過程中，由於雙方航向相反，互相之間的距離又僅有4500米，這
就使該艦炮塔不得不十分迅速地轉動，平均每分鐘轉動達到了20度，這在戰列艦交戰中是十分罕見的情況。在主炮射擊的同時，「華盛頓」號的副炮也在對日艦開火，其右舷五座副炮中的四座也在不斷向「霧島」號和兩艘
重巡洋艦射擊，另一座則向「霧島」號上空發射了多達62枚127毫米照明彈。
從1時05分開始，「霧島」號便舵機損壞而陷入了無法控制的左轉，幾分鐘後該規便已經在原地旋迴了兩次。不過由於「露島」號的失控，這艘行將就木的日本戰列艦也鬼使神差地與「南達科他」號駛到了同一個方向上，迫使李少將下令「華盛頓」號停止射擊以避免誤傷。在整個交戰過程中，「華盛頓」號總共發射了75枚406毫米炮彈，美國炮術人員聲稱自己取得了九枚命中彈。雖然這一數字確切與否未嘗可知，但其取得的效果卻使「霧島」號徹底喪失了戰鬥力，在白晝來臨時不得不像她的姐妹艦「比睿」號一樣選擇自沉。
事實上即使到了此時，如果近藤信竹能夠迅速讓自己的巡洋艦和驅逐艦上前進行雷擊，以12對1的巨大優勢攻擊「華盛頓」號，僅剩一艦的第64特混艦隊仍然難免覆滅的命運。但「霧島」號突然遭受猛烈炮擊卻使這位中將的神經受到了震撼，使他認為附近可能還有另一支美國艦隊存在，因此在「霧島」號失去戰鬥力後不久便草草地放棄了一場雖然代價慘重、但仍是唾手可得的勝利，而他的真正目標亨德森機場更是毫髮無損地迎來了白晝，並利用猛烈的空襲挫敗了日軍向瓜島進行大規模增援的企圖。
自航空母艦部隊在聖克魯斯海戰中損失大批飛行員之後，日本海軍進行快速突襲和機動作戰的另一王牌——高速戰列艦也在這場被日軍稱為第三次所羅門海戰，被美軍稱為瓜島海戰的兩次夜戰中損失了高達50%的兵力，聯合艦隊至此已經徹底失去了再次爭奪瓜島制海權的能力，此後只得利用驅逐艦和潛艇進行小規模的補給運輸了。
當1943年新年到來時，日軍在瓜島的戰鬥已經只能用負隅頑抗形容了。在瓜島海戰結束後，「馬薩諸塞」號從大西洋來到了太平洋，並與兩艘「北卡羅來納」級、新近服役的姐妹慨「印第安納」號一同保護著「薩拉托加」號航空母艦(USS Saratoga,CV- -3) 以及英國航母「勝利」號(HMS Victorious) 參與到了索羅門群島方面的戰事之中。不過與「南達科他」號不同，「馬薩諸賽」號和「印第安納」號並未經歷任何大規模戰事，而美軍也在接下來的一年中確保了對整個所羅門海城的控制權。
目標東京
1943年5月30日，美國海軍最新銳的「埃塞克斯」號航空母艦來到了珍珠港，在接下來的幾個月中，又有幾艘正規航母和「獨立」級輕型航母加入了太平洋艦隊。四艘「 南達科他」 級，兩艘「北卡羅來納」 級與這此高速航空母艦一同被編入了全新組建的第五艦隊，成為了太平洋艦隊司令尼米茲手中向中太平洋日軍發動反擊的利劍，而尼米茲為這柄利劍所選擇的劍士則正是為美國人贏得了中途島海戰的斯普魯恩斯。當一個規模戰役結束之後，哈爾西和他的參謀班子便會接掌艦隊，此時艦隊便將改名為第三艦隊。
從1943年末至1945年戰爭結束，四艘「南達科他」級伴隨著這支艦隊參與了太平洋艦隊幾乎所有的重要戰役。在這些戰役中，「南達科他」級戰列艦也像聖克魯斯海戰時一樣，扮演著為航空母艦提供防空火力保護的任務。而在掩護部隊登陸時，「南達科他」級也會參與到對日軍岸防工事進行炮轟的行動中。不過即使是有著強大的航空母艦和戰列艦部隊，美國海軍在對吉爾伯特群島(Gilbert Islands),馬紹爾群島(Marshall Islands) 發動反擊時還是付出了不小的人員損失，而日本岸基航空兵雖然已經不復往日輝煌，但卻依舊是美國人的眼中釘。當第五艦隊在1944年6月將予頭指向日本整個太平洋防禦網中最為重要的馬里亞納群島(Mariana Islands) 時，聯合艦隊終於派出了休養了一年半的航母部隊，以擁有九艘航空母艦的龐大陣容向第五艦隊挑戰，不過到了此時，日美力量的天平早已向美軍一方傾斜了，第五艦隊的航空母艦數量達到了15艘之多。
在馬里亞納海戰正式爆發之前，斯普魯恩斯曾命令依舊指揮著戰列艦部隊的威利斯·李將手下所有快速戰列艦(包括兩艘新近服役的「衣阿華」級)都從掩護航母的任務中抽調出來，重新組成了一支獨立的戰列艦部隊，並將其部署在了第58特混艦隊的四個航母特混大隊前方25公里位置上。在6月18日傍晚時分，第58特混艦隊指揮官米切爾(Mitscher) 發報詢問正在向西行駛找日本航母部隊的李說:「你艦隊是否希望與對方進行夜戰? 」希望李的戰列艦能夠在空襲過後利用夜戰擴大戰果。不過對於這樣一個看起來是每位戰列艦指揮官都夢寐以求的戰機，李卻回答道:不要，再重複一遍，不要認為我們願意進行夜戰。
儘管擁有著雷達搜索、火控方面的絕對優勢，但李卻仍然擔心自己難以在這些戰列艦從未進行過編隊夜戰訓練的情況下與夜戰經驗豐富的日本艦隊進行夜戰。這位將軍對於瓜島夜戰中近藤信竹險些使自己全軍覆沒的場景記憶猶新，使「南達科他」級失去了在戰列艦對決中洗刷瓜島霉運的機會。
在6月19日日軍派出202架飛機空襲美國艦隊時，「阿拉巴馬」號的對空警戒雷達在9時57分於225公里外便發現了日軍攻擊隊。20分鐘之後，220架「地獄貓」式(Hellcat) 戰鬥機便紛紛離開了航母甲板撲向對方，將絕大部分都是新手的日機編隊扯得粉碎。少數成功越過戰鬥機攔截的日機在飛臨戰列艦上空時又遭到了包括四艘「南達科他」級在內的猛烈防空火力。「印第安納」號在當天上午是美軍中第一艘擊落敵機的戰艦，而「南達科他」號卻又像聖克魯斯海戰時一樣不幸地被一枚250公斤炸彈命中了上層建築左側，造成了24名艦員陣亡、27人受傷。
到當天中午時分，第二波日軍攻擊隊又來到了艦隊上空，這一次的飛機數量為128架，在持續了大約25分鐘的戰鬥過程中，日軍沒能在快速戰列艦身上取得任何戰果。只有一架魚雷機的殘骸曾撞上了「印第安納」號但並沒有撕裂艦體外殼，直接被衝到了海里。
在這一整天的戰鬥中，美國所有快速戰列艦總計擊落了9架日本飛機，而「印第安納」號包攬了其中8架。不過在激烈的防空戰中，「阿拉巴馬」號的九號127毫米副炮塔卻意外地將炮彈射進了五號副炮塔內，造成了5死11傷。馬里亞納海戰結束後，除「印第安納」號以外，另外三艘「南達科他」級戰列艦在四個月後便參與了萊特灣海戰，「南達科他」級本有機會與小澤機動部隊的「伊勢」級航空戰列艦或者粟田游擊部隊的「大和」，「長門」以及兩艘「金剛」級交手。但哈爾西在聖貝納迪諾海峽和恩加諾海之間無用地來回調動李的第34特混艦隊。使這支艦隊在整場戰役中完全沒有派上任何用場，而像這樣調動部隊從戰術上講無疑是愚蠢的，無論情報如何不周，當已方面臨兩線作戰時，對指揮官而言最為重要的便是將兵力集結在一線，在徹底摧毀一方面之敢後再調回攻擊另一支敵軍艦隊。由於哈爾西的失敗指揮，雖然他仍然成功擊沉了日軍的四艘航母(事實上只是已經完全沒有合格飛行員可用的廢鐵)，但日本戰列艦部隊卻依然保持著強大的戰鬥力，雖然戰爭末期日本本土幾乎已經無法再找到任何多餘的重油，這些戰列艦仍然有能力給美軍造成更多麻煩。
所幸的是，當戰爭進人1945年後，日本海軍的燃油供給已經完全中斷了，這就使得整個日本海軍都動彈不得。而美國海軍對此也心知肚明，因此正確地判斷聯合艦隊所有殘餘艦艇必然將集中在兩個地點，一是油田附近，二就是日本本土。在這一判斷的支持下，哈爾西便率領著第三艦隊在1945年1月10日氣勢洶洶地進入了南中國海，但他們在金蘭灣卻並沒有找到任何日本戰艦，因為後者此時已經撤退到了新加坡。因此哈爾西只得在摧毀了上百架日軍岸基飛機以及12艘運輸船後便撒回了太平洋。
在此之後，四艘「南達科他」級雖然也曾伴隨著第五艦隊參與了硫磺島和沖繩方面的登陸掩護任務，不過真正給戰艦造成了損傷的卻是一次意外事故。5月6日，當「南達科他」號正在從「蘭格爾」號補給艦(USS Wrangell,AE-12) 上補充彈藥時，二號主炮塔彈藥庫中個容納著主炮發射葯囊的容器突然發生了爆炸，並引燃了附近的另外四個葯筒，損管人員最後不得不注水淹設了整個彈藥庫才避免了一場艦毀人亡的悲劇，三名在彈藥庫執勤的水兵則成為了這次事故的犧牲品。
無獨有偶的是，「印第安納」號早在1944年2月1日便曾因在錯地進行補給，轉換停泊位置時與「華盛頓」號相撞，成為了該艦唯一次受傷記錄。
1945年8月9日，幾艘「南達科他」級戰列艦炮擊了日本本州島北岸的鋼鐵廠，那艘曾在卡薩布蘭卡射出二戰中美國海軍第一枚406毫米炮彈的「馬薩諸塞」號，用另一枚406毫米炮彈為「南次科他」級的整個戰爭畫上了句號。
在二戰結束之後，四艘「南達科他」級中在1947年1月便全部退出了現役。「南達科他」號和「印第安納」號在1963年至1964年間被出售拆解，「馬薩諸塞」號和「阿拉巴馬」號則分別被馬薩諸塞州以及阿拉巴馬州買下，作為博物館保存至今。
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