Как только эта радиограмма была принята, крейсер "Худ" и линкор "Принц Уэльский", находившиеся ближе всех, немедленно, полным ходом двинулись к цели, в то время как весь флот состоящий из: линкоров, крейсеров, эсминцев и, кроме того, авианосцев, начал смыкать кольцо со всех направлений.
На рассвете 24 мая, "Худ", установив радиолокационный контакт с эскадрой "Бисмарка", совместно с "Принцем Уэльским", вступил в бой с немецкими кораблями. В 05:52, "Худ" открыл огонь с дальности примерно 21 000 метров, и сразу же за ним открыл огонь и другой корабль. В 05:55, оба немецких корабля, также, открыли огонь. Расстояние между противниками быстро уменьшалось и стрельба эскадры "Бисмарка" становилась все точнее и точнее. Третий залп точно поразил "Худ", и мощный крейсер — гордость Королевского флота, взлетел на воздух с оглушительным ревом: его бак разнесло на части, корма и нос взлетели в воздух, а затем исчезли в пучине волн вместе со всем экипажем, кроме трех человек. Затем, эскадра "Бисмарка" начала стрельбу по "Принцу Уэльскому", причинив ему серьезные повреждения, и ему пришлось отойти назад под прикрытие тумана. Однако "Бисмарк", также был поврежден стрельбой "Принца Уэльского" и теперь терял топливо.
Немецкий адмирал отдал приказ кораблям полным ходом продолжать двигаться на юг и, поскольку Metox не приняла ни одного сигнала противника на протяжении последних шести с противником часов, решил, что может без опаски передать радиограмму о бое, в которой Верховному командованию Германии сообщалось об их победе. Радиопередача, которая длилась более получаса, дала британцам прекрасную и неожиданную возможность установить местоположение отходящих немецких кораблей с помощью своих станций радиопеленгации в Ирландии и Гибралтаре.
Об этом сообщили "Норфолку" и "Саффолку", охотившимися за "Бисмарком", и к вечеру это позволило им установить с ним радиолокационной контакт. Примерно в 18:00, немецкий корабль, поняв, благодаря Metox, что он снова обнаружен РЛС противника, внезапно изменил курс и открыл огонь по британским кораблям, которые быстро отошли. Этот внезапный маневр имел последствия, которые предвидел адмирал Льюйтенс: стряхнуть преследователей и позволить "Принцу Ойгену" оставить "Бисмарк" и самостоятельно идти во французский порт Брест.
После этого, "Бисмарк" был обнаружен разведывательным самолетом Королевских ВВС Catalina и атакован торпедоносцами Swordfish с авианосца "Викториос", торпеда одного из которых повредила ему рули, оставив его совсем беспомощным. Тем временем, подошли другие британские корабли и держали его под постоянным огнем до тех пор, пока в 10:40, 21 мая 1941 года, он не затонул с большей частью экипажа на борту. Главнокомандующий британским флотом и экипажи кораблей были восхищены мужеством "Бисмарка" в ходе его боя с превосходящими силами противника.
