La depredación es una de las fuerzas más fuertes que la selección natural utiliza para impulsar la evolución de la morfología, la fisiología y el comportamiento de un organismo. Durante esta coevolución, el hecho de que la presa sea consumida por el depredador o se escape ha dado lugar a una plétora de impresionantes estrategias defensivas en las especies de presa para mejorar la probabilidad de escapar. Las hormigas de terciopelo evitan la depredación utilizando los siguientes mecanismos de defensa: un aguijón venenoso (si son hembras), una coloración aposemática, un órgano estridulatorio en su abdomen, una secreción de alarma de su glándula mandibular y un exoesqueleto duradero.
El veneno que las hormigas de terciopelo inyectan a través de su aguijón tiene una composición desconocida. Según un investigador, el carácter doloroso del aguijón de la Dasymutilla klugii superó a otras 58 especies de insectos urticantes probadas; las únicas especies que este investigador calificó como más dolorosas fueron la Paraponera clavata (hormiga bala), la Synoeca septentrionalis (avispa guerrera), la Pepsis spp. y la Hemipepsis spp. En un entorno experimental, sólo dos especies de lagartijas (una de cola de látigo y otra de manchas laterales) atacaron a una hormiga de terciopelo a la que se expusieron. En ambos casos, las hormigas de terciopelo mostraban rápidos movimientos laterales y verticales para evitar el ataque. Una vez producido el ataque, las hormigas de terciopelo picaban inmediatamente a las lagartijas. Esta picadura provocó la caída de las hormigas en ambos casos y la evitación durante el resto de la prueba. La lagartija de manchas laterales fue encontrada muerta en su tanque 24 horas después. La lagartija de manchas laterales es un depredador natural de las hormigas de terciopelo, mientras que la cola de látigo no lo es. Para probar la coloración aposemática en las aves, se pintaron gusanos de la harina para que se parecieran a una hormiga de terciopelo. Durante estas pruebas, ninguno de los gusanos pintados fue consumido, mientras que todos los gusanos de control fueron consumidos inmediatamente. Sin embargo, los gusanos de la harina pintados fueron atacados por las aves, pero éstas cesaron inmediatamente el ataque. Estos experimentos proporcionan pruebas de que la coloración aposemática de las hormigas de terciopelo hace que sus depredadores duden, actuando como un mecanismo de defensa visual.
La coloración aposemática de las hormigas de terciopelo suele corresponder a un anillo de mimetismo mülleriano específico formado por docenas de especies. Esto ofrece protección porque muchos depredadores han aprendido a evitar presas con esta misma coloración. Los Mutillidae americanos tienen ocho anillos de mimetismo extensos y distintos que constituyen uno de los mayores complejos de mimetismo mulleriano del planeta.
El órgano estridulatorio que poseen las hormigas de terciopelo produce un chirrido audible cuando se contrae el abdomen. Este mecanismo es una señal auditiva que advierte a los depredadores que están a punto de atacar para que se alejen. En las musarañas, cada vez que se acercaban a un metro de una hormiga de terciopelo, ésta empezaba a estridular. Las estridulaciones se hacían más frecuentes a medida que el depredador se acercaba a la hormiga de terciopelo, y la musaraña nunca intentaba atacar a la hormiga de terciopelo. Sin embargo, diferentes escenarios con musarañas han mostrado que la hormiga de terciopelo también estridulaba después de que la musaraña la atacara. Cada vez que esto ocurría, la musaraña dejaba caer a la avispa.
El exoesqueleto de la hormiga de terciopelo es notablemente fuerte. En comparación con el exoesqueleto de una abeja melífera, el de la hormiga de terciopelo requirió 11 veces más fuerza para aplastarlo utilizando un transductor de fuerza. Además de ser duradero, el exoesqueleto también es redondo, lo que hace más difícil que los depredadores lo perforen con intentos de picadura o mordedura. Durante todas las pruebas que condujeron a la fractura del exoesqueleto de una hormiga de terciopelo, un total de 4 veces, resultaron en la muerte de esa hormiga de terciopelo en 24 horas. Además de la protección contra los depredadores, el exoesqueleto también cumple una función de control de la humedad.