Новые 343-мм орудия обладали большей точностью попаданий снаряда на большей дистанции, чем 305-мм орудия с длиной канала ствола в 45 и 50 калибров, на крейсерах типа "Инвинсибл" и "Индефатигейбл", а также на всех дредноутах более ранней постройки. Отказ от 305-мм орудий объяснялся просто потребностью в более сильных линкорах и невозможностью надлежащим образом управлять более чем десятью орудиями. Правда, на многие линкоры установили по 12 305-мм орудий, но в английских морских кругах были против такого количества. Увеличение же калибра давало и большую силу удара и большую дальнобойность.
Одним из важнейших аргументов в пользу установки башен 343-мм орудий вдоль диаметральной плоскости корабля явилось то, что более тяжелый вес башен и дополнительного бронирования делали смещение башен к борту и стрельбу через палубу совершенно невозможным. Косвенно это говорило о сравнительной неудаче проектов линейных крейсеров типа "Инвинсибл" и "Индефатигейбл". Сначала конструкторы были готовы усовершенствовать систему установки башен по сравнению с той, что было на "Индефатигейбле", простым перемещением обеих средних башен в диаметральную плоскость и на одном из этапов проектирования предлагали установить пять башен вместо четырех. Для этого предлагали установить в корме две линейно-возвышенные башни, но из-за необходимости свободного пространства в корпусе для еще одного котельного отделения и по финансовым причинам от этого отказались.
Уаттс полагал, что при увеличении длины корпуса на миделе на три шпации (0,91 м) появится возможность расположить совмещенные бортовые башни так же, как на линейных кораблях типа "Колоссус". Но не все конструкторы согласились с тем, что это будет осуществимо. В конце концов решили установить только четыре башни. Две передние орудийные башни "А" и "В" были линейно-возвышенные, в то время как третью "Q" расположили между второй и третьей дымовыми трубами, что впоследствии рассматривалось как недостаток из-за ограниченного сектора ведения огня (60° в нос и корму на оба борта). Тем более что вследствие этого расположения выявился другой недостаток в виде чередования погребов боезапаса и котельных отделений.
Погреба боезапаса кормовых башен разместили в середине корпуса между двумя группами котельных отделений. Четвертую башню "Y" расположили намного ближе к корме, что обеспечило ей прекрасный сектор ведения огня. Обе носовые и кормовая башни имели сектор обстрела 300°, средняя башня "Q" 240°. Таким образом, суммарный сектор обстрела всех четырех башен линейных крейсеров третьего поколения составлял 1140°, или 285° на башню, против соответственно 940° и 235° "Индефатигейбла". При этом в различных секторах обстрела действовало разное число орудий главного калибра: сектор обстрела 0-60° – четыре орудия, 60-150° – восемь орудий, 150-180° – два орудия.
13, 5-дюймовое (343-мм) орудие изготовленное на заводе Викерса для линейного крейсера “Принсес Роял”
Очевидно, за основу можно было выбрать размещение десяти орудий главного калибра в пяти башнях на линейных кораблях типа "Орион", имеющих корпус на 2,75 м длиннее, чем у "Лайона", выбор длины которого вынудил ограничиться четырьмя башнями. К сожалению, была выбрана четырехбашенная схема, вместо пятибашенной, где отсутствовала пятая линейно-возвышенная башня в корме. Таким образом, на вооружении кораблей в качестве артиллерии главного калибра находилось восемь скорострельных 343-мм орудий образца Mk.V в четырех двухорудийных башнях: двух линейно-возвышенных орудийных башен "А" и "В" в носовой части корабля, третьей башни "Q" между второй и третьей дымовыми трубами и четвертой "Y" в кормовой части.
Расстояние от форштевня до оси барбета башни "А" составляло 46 м, между осями барбетов башен "А" и "В" – 10,4 м, "В" и "Q" – 58,5 м, "Q" и "Y" – 59,5 м, от "Y" до ахтерштевня – 39 м. Расстояние между осями барбетов концевых башен "А" и "Y" составляло 128,4 м, что определяло длину главного броневого пояса. Высота осей стволов орудий над уровнем ватерлинии при нормальном водоизмещении составляла для башни "А" 10 м, башни "В" 12,4 м, башни "Q" 9,4 м и башни "Y" 7 м. На "Индефатигейбле" высота осей стволов орудий над уровнем нормальной ватерлинии составляла для башни "А" 9,7 м, башни "Р" и "Q" 8,5 м и башни "Y" 6,4 м. На "Мольтке" соответственно 10,4 м, 8,2 м и кормовых 8,4 м и 6,0 м.
Спроектированные в 1910 г. скорострельные 343-мм орудия образца Мк.У с длиной канала ствола 45 калибров (15435 мм) и длиной нарезанной части ствола 12943 мм представляли собой прекрасные орудия, имеющие более совершенную и удачную конструкцию и обладающие большей точностью, чем 305-мм орудия образца Мк.Х. Ствол весом 76 т скреплялся при помощи стальной проволоки. Система нарезов (число нарезов 68) представляла собой обыкновенный профиль с постоянной крутизной нарезов – один оборот на 30 калибров.
Орудия стреляли снарядами весом 568 кг и 636 кг (вес заряда 133 кг кордита "MD" с начальной скоростью 760-788 м/с, против соответственно 386 кг и 831 м/с у 305-мм орудий "Инвинсибла" и "Индефатигейбла", и развивали дульную энергию 28700 т/м. Стволы орудий имели угол склонения 5°, угол возвышения 20°, обеспечивая максимальную дальность стрельбы снарядами с радиусом оживала головки в четыре калибра 22000 м (118 каб.). Скорострельность составляла 1,5 выстрела в минуту. Но в 1914 г. не имелось таблиц для стрельбы с углом возвышения более + 15°2Г, что обеспечивало дальность стрельбы только 18700 м (101 каб.).
Ко времени Ютландского боя недостатки визирования устранили установкой призм "угла возвышения" на 6° на визиры приборов управления огнем центральной наводки и центральные визиры башен, и таким образом можно было использовать полный угол возвышения стволов орудий. Как и на других британских кораблях того периода пороховые погреба разместили над снарядными. Их крышу образовала нижняя (бронированная) палуба, за исключением погребов башни "Q", где была только одна верхняя палуба.
В мирное время боекомплект состоял из 640 снарядов для всех восьми орудий главного калибра или 80 снарядов на ствол. Комплектация боекомплекта включала 24 бронебойных, 28 полубронебойных, 28 фугасных, а также 6 шрапнельных снарядов. Во время войны боекомплект увеличивался до 880 снарядов для всех восьми орудий главного калибра или 110 снарядов на ствол (33 бронебойных, 38 полубронебойными и 39 фугасных). Ко времени Ютландского боя комплектация изменилась на 66 бронебойных, 22 полубронебойных и 22 фугасных. После Ютландского боя рекомендовали уменьшить количество фугасных снарядов до 10 на орудие, затем иметь 55 бронебойных и 55 полубронебойных. Окончательно боекомплект на орудие составлял 77 бронебойных новой конструкции и 33 полубронебойных.
Когда корабль вступил в строй, на нем в гидравлической системе для осуществления поворота всех четырех башен имелось только два насоса наводки орудий с помощью гидравлического привода, что было явно недостаточно. Третий насос гидравлической системы добавили в 1913 г. По окончании постройки на "Лайоне" и "Принсес Роял" приборов управления стрельбой центральной наводки установлено не было. Их установили на марсы фок-мачты "Лайона" к маю 1915 г., на "Принсес Роял" в начале 1916 г. Второй комплект таких же приборов установили в кормовой части "Лайона" в сентябре 1918 г., а на "Принсес Роял" к концу 1918 г.
Противоминная артиллерия, предназначенная для ведения огня по всем видам морских и береговых целей, первоначально состояла из 16 скорострельных 102-мм орудий с длиной канала ствола 50 калибров (5100 мм) образца QF.Mk.VII в установках образца P.IV на "Лайоне" и образца P.II на "Принсес Роял". Восемь из них разместили в передней надстройке, восемь в задней. 102-мм орудия противоминной артиллерии разместили довольно удачно . Они имели высокорасположенный пункт управления стрельбой и хорошо спланированную концентрацию огня из восьми орудий вперед, четырех назад и восемь побортно. Переднюю пару орудий кормовой группы установили в углах надстройки, что обеспечило им значительный сектор ведения огня вперед.
В мирное время общий боекомплект составлял 2400 выстрелов или по 150 на ствол. Первоначально боекомплект составлял 45 полубронебойных и 105 фугасных выстрелов, позднее 38 полубронебойных и 90 фугасных и 22 фугасных с ночным трассером. Во время военных действий общий боекомплект возрастал до 3200 выстрелов или по 200 выстрелов на орудие.
В апреле 1917 г. количество 102-мм орудий на обоих кораблях уменьшили до 15, сняв на "Лайоне" левое кормовое орудие и на "Принсес Роял" правое кормовое. Приборы центрального управления стрельбой противоминной артиллерии предполагали установить на этих крейсерах к маю 1918 г., но до конца первой мировой войны их так и не установили. На вооружении кораблей имелась также одна 76-мм десантная пушка и пять пулеметов системы Максим.
Состав зенитного вооружения часто менялся и в разные периоды службы крейсеров был различным. Превоначально на вооружении "Лайона" находилась одна 76-мм зенитная пушка Готчкисса, установленная в октябре 1914 г.
