La Biblioteca Reale e l'Armeria sono entrambe ospitate nel corpo di fabbrica che chiude a est la piazzetta Reale. Al pian terreno è la Biblioteca, qui allestita a partire dal 1840 nel grande salone rettangolare con volta a botte affrescata: è opera dell'architetto della corte albertina, Pelagio Palagi. All'interno del ricco patrimonio manoscritto e librario - dalle pergamene ai codici miniati e ai libri d'ore, dagli incunaboli ad atti e statuti che documentano la vita sociale e politica dello Stato sabaudo -, ha un posto di eccellenza la raccolta di disegni di Leonardo da Vinci (esposti solo in occasione di mostre temporanee), che comprende il celeberrimo Autoritratto a sanguigna, lo studio preparatorio del volto dell'angelo della Vergine delle rocce del Louvre e un Codice sul volo degli uccelli. Il grande scalone, progetto di Benedetto Alfieri (1738-40), che porta al piano superiore, era stato concepito sia come monumentale accesso dalla piazza al Palazzo Reale sia come collegamento tra la corte e gli edifici delle Segreterie di Stato. I restauri del 1998 hanno riportato alla luce i colori originali che caratterizzavano gli elementi architettonici e, ora, ripropongono una raffinata eleganza di sfumature dall'ocra chiaro al grigio. Al termine dello scalone si accede all'Armeria Reale. Nel 1837 Carlo Alberto diede ordine di allestire, negli ambienti la­sciati liberi dalla collezione di dipinti del­la Galleria Reale (poi Galleria Sabauda) trasferiti a palazzo Madama, una raccolta delle armi, occidentali e orientali, appartenute e collezionate nei secoli dai Savoia, e in gran parte provenienti dagli arsenali di Torino e Genova. La collezione fu subito esposta al pubblico e ben presto si rivelò una delle più importanti d'Europa. Dopo diversi assestamenti, nel 1998 fu avviato il restauro per recuperare la disposizione ottocentesca, strutturando tre ambienti: la Rotonda di Pelagio Palagi, la galleria del Beaumont e la sala del Medagliere Reale. La sala della Rotonda prende il nome dal rondò, lo spazio circolare che un tempo costituiva la cerniera architettonica tra l'ala orientale di Palazzo Reale, palazzo Madama e palazzo Chiablese. Nel 1809, infatti, venne demolita la galleria che avanzava sulla piazza fino a congiungersi con palazzo Madama, mentre nel 1811 un incendio distrusse parzialmente il padiglione che correva dove ora sorge la cancellata che divide piazzetta Reale da piazza Castello. La sala, già destinata a teatro di corte prima e quindi a sala da ballo, venne ristrutturata dal Palagi (1841-45) che ne fece un ampliamento dell'Armeria e la provvide di una loggia affacciata su piazza Castello: e da qui che il 23 marzo 1848 re Carlo Alberto si affacciò e, sventolando il tricolore, dichiarò l'inizio della prima guerra d'Indipendenza. L'ambiente seguente è la galleria Beaumont, così chiamata dal nome del pittore di corte che dal 1738 al 1743 e poi ancora nel 1764 dipinse la volta con le Storie di Enea. Dopo gli incendi che nel 1659 e nel 1667 devastarono quest'ala del palazzo, nel 1733 Juvarra progettò una grande galleria di rappresentanza, detta 'della Regina', definendo anche i dettagli decorativi degli stucchi e delle decorazioni pittoriche. La partenza del celebre architetto per Madrid (1735), destinò ad altri il compito di portare a termine l'opera, mentre trent'anni dopo toccherà a Benedetto Alfieri farsi carico di una nuova ristrutturazione decorativa, che al rococò juvarriano sovrappose modelli più esplicitamente classicisti. La sala del Medagliere Reale, infine, venne progettata dal Palagi (1835-39) su invito di Carlo Alberto che desiderava allestire uno spazio destinato a conservare la ricca collezione di medaglie, monete e sigilli di proprietà dei Savoia. Le collezioni dell'Armeria Reale comprendono armi preistoriche, di età classica e medievale (la cosiddetta spada di S. Maurizio, del XIII secolo; una celata a becco di passero della fine del XIV secolo), ma soprattutto armi cinquecentesche.