Загоризонтное целеуказание и наведение может осуществляться самолётом Ту-95РЦ, вертолётом Ка-25Ц или космической системой разведки и целеуказания.
На корабле установлен противовоздушный комплекс «Риф» С-300Ф, имеется 12 ПУ и 96 ракет вертикального пуска.
Также имеется автономная корабельная противовоздушная система «Клинок» («Кинжал»). Каждая подпалубная ПУ барабанного типа имеет по 8 одноступенчатых твердотопливных телеуправляемых ракет 9М330-2, суммарный запас — 128 ракет.
Крейсер вооружён зенитным ракетно-артиллерийским комплексом «Кортик» — обеспечивающей самооборону от ряда «точных» вооружений, включая противокорабельные и противорадиолокационные ракеты, авиабомбы, самолёты и вертолёты, малотоннажные корабли. Каждая установка имеет по две 30-мм шестиствольные артиллерийские установки АК-630М1-2 с двумя автоматами АО-18 по схеме «Гатлинга» с суммарной скорострельностью 10000 в/мин и два блока по 4 двухступенчатые ракеты 9М311 (SA-N-11) с осколочно-стержневой боевой частью и неконтактным взрывателем. В подбашенном отделении находится ещё 16 ракет. Ракеты унифицированы с ракетой комплекса 2С6 «Тунгуска». Система управления ЗРК «Кортик» состоит из радиолокационной и телевизионной систем, связанных между собой с использованием элементов искусственного интеллекта. Две установки ЗРК «Кортик» расположены в носовой части корабля по обе стороны от ПУ «Гранит», а четыре другие — в кормовой части главной надстройки.
Кроме того крейсер «Пётр Великий» оснащён 130-мм многоцелевыми спаренными артустановками «АК-130» (длина стволов — 70 калибров, 840 снарядов) с дальностью стрельбы до 25 км. Скорострельность — от 20 до 80 выстрелов в минуту. Масса осколочно-фугасного снаряда — 27 кг, имеет ударный, дистанционный и радиовзрыватели. Готовый к стрельбе боезапас — 180 снарядов. Система управления стрельбой МР-184 позволяет производить одновременное сопровождение и обстрел двух целей.
Крейсер также вооружён двумя противолодочными (по 5 ПУ на борт) ракетно-торпедными 533-мм комплексами РПК-6М «Водопад», ракето-торпеды которого способны поражать подводные лодки противника на дальностях до 60 км. В качестве боевой головки используется малогабаритная торпеда УМГТ-1. Ракета ныряет в воду, взлетает в воздух и доставляет торпеду в район цели, а там уже слово за УМГТ-1, которая снова ныряет в воду.
Для борьбы с торпедами противника крейсер «Пётр Великий» имеет противоторпедный комплекс РКПТЗ-1 «Удав-1М» (10 труб направляющих, автоматическая конвейерная перезарядка, время реакции — 15 сек., дальность максимальная — 3000 м, минимальная — 100 м, вес ракеты — 233 кг).
Реактивные бомбомётные установки на «Петре Великом» размещены следующим образом: одна десятитрубная РБУ-12000 (дальность стрельбы — 12 км, масса снаряда — 80 кг) установлена в носовой части корабля на поворотной платформе, две шеститрубные РБУ-1000 «Смерч-3» (дальность — 1000 м, масса снаряда — 55 кг) — в кормовой части на верхней палубе по обеим бортам. Общекорабельные средства противодействия включают в себя две спаренные 150-мм ПУ ПК-14 (комплекса выстреливаемых помех), противоэлектронных ловушек, ложные цели, а также буксируемую ложную торпедную цель с мощным шумогенератором.
На борту крейсера базируются два противолодочных вертолёта Ка-27.
Радиолокационные средства РЭП/РЭБ ТАРКР «Пётр Великий» включают 16 станций трёх типов. Общекорабельные средства слежения, сопровождения и целеуказания состоят из двух станций космической связи (САТСОМ), четырёх станций космической навигации (САТПАУ) и четырёх специальных электронных станций. За воздушно-надводной обстановкой следят всепогодные трёхкоординатные РЛС «Фрегат-МАЭ» обнаруживающие цели на дальностях более 300 км и высотах до 30 км.
Крейсер имеет также три навигационные станции, четыре радиоэлектронные системы управления стрельбой бортового оружия, средства управления полётами вертолётов и систему опознавания «свой-чужой».
Гидроакустическая система корабля включает в себя гидролокатор с корпусной антенной для поиска и обнаружения подводных лодок на низких и средних частотах и буксируемую автоматизированную гидроакустическую систему с антенной переменной глубины погружения (150—200 м) — на средних частотах.
