Основное вооружение танка Chieftain Mk5 представлено 120-миллиметровой нарезной пушкой L11А5, которая монтируется без броневой маски в лобовой части башни. Танковая пушка снабжена эжектором наряду с теплозащитным кожухом, который предохраняет ствол от деформации из-за неравномерного охлаждения либо нагрева.
Повышение точности стрельбы обеспечивается симметричным расположением 2-х тормозов отката, совмещением оси цапф и оси канала ствола, быстроразъемным соединением ствольной трубы с казенником, а также встроенным контролем давления непосредственно в накатнике. Ствол пушки исполнен из стали высокого качества, которую получили путем электро-шлакового переплава. Ствол рассчитан на 550 выстрелов.
Кроме того, у данного танка предусмотрен зенитный пулемет и зенитный прицел, для стрельбы по воздушным целям. Зенитный пулемет имеет дистанционное управление. Существенное внимание в разработке Chieftain Mk5 было уделено броневой защите башни и корпуса, сваренного из литых, а также катанных деталей. Верх лобовой детали корпуса имеет толщину 120 мм и угол наклона — 72 градуса, в то время как бортовые листы корпуса равняются 38-миллиметрам с углом наклона в 10 градусов.