Como uno de los materiales más utilizados para los rotores de turbinas hidráulicas, se seleccionaron aceros inoxidables martensíticos 13Cr4Ni (13/4 MSS) fabricados mediante forjado y fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM), respectivamente, para pruebas de fatiga de alto ciclo, y se investigaron los efectos de las microestructuras y las características de los defectos en el mecanismo de fatiga. Los resultados indican que, en comparación con el 13/4 MSS forjado, la microestructura de la pieza de prueba WAAM es muy fina, y las unidades de martensita, en consecuencia, son más pequeñas en tamaño. La resistencia al rendimiento y la resistencia a la tracción última son de 685 MPa y 823 MPa para la muestra forjada y de 850 MPa y 927 MPa para las muestras WAAM, respectivamente. La resistencia a la fatiga de 107 ciclos a temperatura ambiente es de 370 MPa para las muestras forjadas y de 468 MPa para las muestras WAAM. El defecto predominante de la muestra forjada de 13/4 MSS es la inclusión, y la fatiga se inicia principalmente en la superficie y subsuperficie. Mientras que para la muestra WAAM, los defectos más comúnmente encontrados son los poros, y la iniciación de la fatiga es interna y en la subsuperficie. Además, la fina microestructura, así como la alta resistencia y dureza, permiten que el material WAAM tenga una mayor resistencia a la fatiga. Para evaluar el efecto de los defectos en el rendimiento de fatiga, se adoptaron el factor de intensidad de tensión y el modelo de El-Haddad en el presente estudio. Se encontró que las muestras forjadas con zonas de ojo de pez (FIE) y las muestras WAAM con zonas de facetas brillantes granulares (GBF) tienen una vida de fatiga más larga. Por lo tanto, se predijeron las resistencias a la fatiga de los 13/4 MSS forjados según el tamaño del defecto. En contraste, las resistencias a la fatiga de los 13/4 MSS WAAM se predijeron tanto por el tamaño del defecto como por el tamaño de las GBF.