Маршалль решает действовать с максимальной осторожностью: первые 15 мин немецкие корабли идут прежним курсом, медленно сближаясь с противником, и лишь когда давление пара в машинах стало достаточным для развития максимальной скорости, линкоры ложатся на курс перехвата. Только после этого англичане начинают понимать, что имеют дело с неприятелем. Авианосец пытается передать по радио донесение, немцы сбивают его ложными сигналами, якобы идущими от английского Адмиралтейства. Когда дистанция между кораблями сократилась до 27 км, оба линкора вновь изменили направление движения и изготовились к бою на параллельных курсах, чтобы ввести в дело всю артиллерию главного калибра. Англичане же в это время лихорадочно готовили к взлету торпедоносцы. К моменту встречи с линкорами на авианосце находились в готовности к вылету только один «Суордфиш» и звено истребителей типа «Гладиатор». В 16 ч 30 мин немцы открывают огонь из 283-мм орудий и в очередной раз подтверждают славу прекрасных морских артиллеристов: почти сразу тяжелый снаряд попадает в ангар авианосца. Видя это, в бой вступают эсминцы эскорта. «Акаста» ставит дымовую завесу в надежде сбить прицел противника, а «Ардент» полным ходом устремляется в самоубийственную торпедную атаку.
Оглушительно грохочет вспомогательный калибр немецких кораблей: вокруг стремительно несущегося эсминца встает стена из разрывов, однако несмотря на полученные повреждения «Ардент» успевает выйти на требуемую дистанцию и выпустить торпеды. Линкоры четко выполняют маневр уклонения, не прекращая бешеного огня, и вскоре отважный английский корабль заваливается на борт и исчезает в холодных водах Норвежского моря. Позже немцы жаловались, что в ходе боя с «Ардентом» пришлось израсходовать большое количество 152- и 105-мм снарядов, поскольку он очень часто и умело менял курс и скорость движения, это чрезвычайно затрудняло пристрелку по направлению, и только когда линкоры перешли на беглый огонь из всех стволов, маневрирование эсминца стало неэффективным.
Дымовая завеса на некоторое время закрывает авианосец, но приборы управления огнем не теряют его. Рейдеры оснащены радиолокатором, который, хотя и не является специальным артиллерийским, может тем не менее выдавать дистанцию стрельбы. Получив несколько прямых попаданий, «Глориес» разворачивается по ветру и пытается выйти из боя. Ни один из 4 самолетов, подготовленных к вылету, так и не успевает подняться в воздух. На новом курсе выпустить крылатые машины намного сложнее: ветер из союзника превратился во врага. Уцелевший эсминец эскорта прикрывает отход дымовой завесой. Несмотря на дым, видно, как очередной снаряд разрушает среднюю часть взлетно-посадочной палубы. Затем следует еще несколько попаданий. Замолкают 119-мм орудия авианосца, корабль кренится и заметно теряет ход. В 17 ч 20 мин объятый пламенем «Глориес» окончательно останавливается и подается команда покинуть судно.
Теперь все внимание немцев переключается с основного противника на уцелевший эсминец, который мужественно продолжает бой, пытаясь прикрыть гибнущий авианосец отчаянной торпедной атакой. С линкоров хорошо видно, как от маленького кораблика веером расходятся торпеды. Немцы проводят маневр уклонения, но на этот раз он не помогает: у борта «Шарнгорста» встает огромный столб воды. Линкор резко снижает скорость — выведено из строя машинное отделение правого борта. Смолкает кормовая башня — затоплен ее артиллерийский погреб. Погибли 48 человек из состава команды. Однако это уже ничего не меняет, авианосец почти совсем лег на бок. Людей на его палубе совершенно не осталось. «Шарнгорст» получает приказ добить «Глориес» своей артиллерией, а «Гнейзенау»—заняться обидчиком напарника. В 17 ч 40 мин авианосец перевернулся и затонул, а в 18 ч жертвой артиллерии среднего калибра становится и «Акаста», до самого конца пытавшийся отстоять эскортируемый им корабль. Он беспомощно качается на волнах, причем две трети эсминца охвачены пламенем; неизбежность его гибели не вызывает сомнений.
Вопреки всем морским традициям спасти уцелевших английских моряков фашисты даже не попытались. Принявший почти 2500 т воды «Шарнгорст», эскортируемый «Гнейзенау», спешно направляется в Тронхейм. Пополнив запасы горючего и боеприпасов, флагманский линкор вместе с
крейсером «Адмирал Хиппер» и 4 эсминцами снова выходит в море с целью перехватить последние транспорты, увозящие войска союзников из Норвегии. Выполнить эту задачу им не удалось: англичане успели принять все необходимые меры для надежного прикрытия своих конвоев. Услышав интенсивные переговоры по радио целой армады британских кораблей, Маршалль счел за благо немедленно свернуть операцию.