L’armeria di palazzo, complesso di sale destinate a magazzino per gli armigeri di Palazzo, era composta da quattro locali e vi si trovano circa 2000 prestigiosi pezzi. Fa da angolo tra la facciata verso il rio di Palazzo e quella sul Molo.
Sala I o Sala del Gattamelata: prende questo nome per l’armatura finissima di proprietà del Gattamelata, soprannome di Erasmo da Narni. In questa sala sono esposte anche altre armature cinquecentesche, alcune da fante, altre da cavaliere e altre ancora da torneo. In particolare, si segnala un’armatura da bambino o forse da nano, rinvenuta dopo la battaglia di Marignano. Nella sala sono esposti pure archi, balestre, lanterne da nave di provenienza turca.
Sala II o Sala del Re di Francia: caratterizzata dalla presenza di uno stendardo turco, bottino della battaglia di Lepanto e finemente decorato, la sala presenta pure un’armatura appartenuta a Enrico IV di Francia, donata alla Serenissima o nel 1603 o nel 1604, un’armatura per testa equina, spadoni, alabarde decorate. L’armatura regale è posta all’interno di una nicchia che fu progettata da Vincenzo Scamozzi.
Sala III o Sala Francesco Morosini in quanto dedicata a quest’ultimo dal Consiglio dei Dieci: è caratterizzata dalla presenza di un busto bronzeo di quest’ultimo, posto in una nicchia. Nella sala si conservano pure spade, alabarde, faretre, balestre, una colubrina decorata risalente al XVI secolo, un archibugio a venti canne risalente al XVII secolo.
Sala IV: caratterizzata dalla presenza di numerose armi miste, vi sono conservati balestre del XVI secolo, mazze d’arma da fuoco, accette, spade da fuoco, archibugi. Vi si trova pure la cassetta del diavolo, in grado di nascondere al suo interno quattro canne di pistola e una freccia avvelenata. Numerosi sono anche gli strumenti di tortura, affiancati da una cintura di castità e alcune armi appartenute alla famiglia Carrara, originaria di Padova ma sconfitta nel 1405 dai veneziani.