Доработка проекта в ЦКБ-4 (так с начала 1939 года стало называться бывшее КБ-4 Балтийского завода) продолжалась и к лету того же года удалось решить, в основном, большинство отмеченных выше вопросов, включая повышение скорости полного хода на 0,5 уз (за счет разработки новых винтов), внедрения новой системы бронирования с вертикально расположенными броневыми плитами (так называемый «частокол») и других, кроме размещения на корабле двух дополнительных 100-мм артустановок, от чего ЦКБ-4 категорически отказывалось. Окончательный технический проект 23 и основные элементы корабля были утверждены постановлением КО при СНК СССР от 13 июля 1939 года. В процессе проектирования стандартное водоизмещение по сравнению с ТТЗ от августа 1936 года выросло в 1,25 раза (59 150 вместо 45 000-47 000 т), скорость полного хода понизилась (28 вместо 30 уз), уменьшилась и дальность плавания технико-экономическим ходом (5580 вместо 6000–8000 миль). Вертикальное бронирование корабля за счет удвоения высоты главного пояса стало более мощным, а суммарная толщина горизонтального снизилась (с 260 до 230 мм), хотя распределение толщин брони по палубам и стало более рациональным. Артиллерия ГК и ПМК изменений по сравнению с ТТЗ практически не претерпела. В то же время зенитная артиллерия по сравнению с ТТЗ оказалась серьезно ослабленной (восемь 100-мм орудий вместо 12 и 32 37-мм вместо 40).

Незадолго перед утверждением проекта новый (назначенный 24 июня 1939 года) нарком ВМФ Н.Г. Кузнецов подписал «Замечания по материалам пр. 23, представленным НКОП на рассмотрение КО..», в которых, в частности, отмечалось, что в этих материалах не оговорено требование ВМФ иметь на заложенных линкорах по две дополнительные 100-мм артустановки Б-54 в корме, так как без них зенитное вооружение корабля является недостаточным. Кроме того, Кузнецов считал необходимым увеличить и дальность плавания линкора, тем более что емкость топливных цистерн позволяла это сделать. Однако эти замечания не нашли отражения в Постановлении КО от 13 июля 1939 года. Н.Г. Кузнецов не сдавался и добился включения этих своих требований в Постановление КО от 14 января 1941 года.

Всего, таким образом, в 1937–1939 годах было последовательно разработано пять технических проектов линкора «А» (проект 23), причем последний из них корректировался почти полгода. С назначением в 1939 году Б.Г. Чиликина главным инженером ЦКБ-4 исполнение обязанностей главного конструктора проекта 23 было возложено на В. В. Ашика (утвержден в этой должности в 1940 году).

Известный кораблестроитель В.В.Ашик — главный конструктор линкоров проекта 23 (с 1940 г.) и проекта 24

Согласно утвержденному проекту и дополнительным решениям от января 1941 года артиллерийское вооружение линкора составляло: ГК — три 406-мм трехорудийные башенные установки МК-1 (общий боезапас 900 выстрелов); ПМК — три 152-мм трехорудийные башенные установки МК-4 (боезапас 2280 выстрелов, из них 240 в перегруз); ЗКДБ — четыре 100-мм двухорудийные башенные установки МК-14 (2400 выстрелов), две кормовые 100-мм двухорудийные палубно-башенные установки Б-54 (200 выстрелов в кранцах); ЗКББ — восемь 37-мм четырехорудийных автоматических установок 46-К (25 600 выстрелов + 22 000 в ящиках).

Приборы управления стрельбой орудий ГК обеспечивали их центральную наводку: по одной или двум морским целям на дистанциях до 250 кбт, а также по одной морской или береговой цели на дистанциях от 200 до 400 кбт при корректировке огня с самолета. Кроме того, предусматривались автономное управление каждой башней ГК при стрельбе по морским целям на дистанциях до 150 кбт, а также возможность управления стрельбой группы кораблей по одной цели с передачей команд по специальной радиолинии. ГК линкора обеспечивался тремя КДП с двумя 8-м стереодальномерами ДМ-8-1 и стабилизированным визиром ВМЦ-4 на каждом.

Каждая из двух бортовых батарей артиллерии ПМК имела собственную систему ПУС с центральным автоматом стрельбы, обеспечиваемым двумя КДП с двумя 4-м стереодальномерами на каждом. Стрельба по морской цели могла вестись на дистанциях до 150 кбт.

Управление стрельбой каждой из трех батарей ЗКДБ должно было осуществляться МПУАЗО «Мотив-3», получающей целеуказание от трех стабилизированных постов наводки СПН-300 с 4-м дальномером на каждом. Система должна была обеспечивать стрельбу с центральной наводкой башен по воздушным целям, идущим со скоростью 150 м/с на дистанциях до 18 км, а также стрельбу по морским целям на дистанциях до 16 км. 37-мм автоматы центральной наводки не имели и должны были действовать автономно, для чего на них предполагалось установить 1,5-м дальномеры (для дистанций от 4 до 120 кбт).

В соответствии с ТТЗ на корабле предусматривалось базирование четырех гидросамолетов — разведчиков-корректировщиков и установка двух катапульт, а также устройства для быстрого подъема самолетов с воды. Такой состав авиационного вооружения принимался во всех последовательно разрабатывавшихся вариантах эскизного и технического проектов, вплоть до конца 1938 года. Ангар располагался в кормовой части полубака и состоял из двух разделенных тамбуром секций (по два самолета в каждой). Секции ангара имели потолочные люки с закрытиями, через которые самолеты при помощи подъемных кранов правого и левого бортов должны были подаваться на катапульты. Такая схема надежно обеспечивала сохранность всех летательных аппаратов при стрельбе кормовой башни ГК. Краны предполагалось использовать и для подъема самолетов с воды.

При доработке проекта по замечаниям Наркомата ВМФ катапульта была перенесена в диаметральную плоскость, а обе секции ангара были почти вдвое обужены, после чего стали вмещать только два самолета (со сложенными крыльями), вывод которых на открытую палубу должен был осуществляться через двери в торцевой переборке полубака. Штатным местом размещения двух других самолетов стали катапульта и палуба юта в нос от нее, что серьезно ограничило углы обстрела третьей башни ГК.

На корабле должны были базироваться гидросамолеты КОР-2 разработки КБ Г.М. Бериева. Они представляли собой одномоторные двухместные монопланы — летающие лодки (масса 3 т, длина 10,5 м, размах крыльев 12 м, скорость более 350 км/ч, потолок до 8500 м, максимальная дальность полета — более 800 км, вооружение — два 7,62-мм пулемета и две 100-кг авиабомбы). Запас авиационного бензина (6 т) размещался под инертным газом во вкладной цистерне, находящейся в кормовой части корабля.