双方舰只在短暂交火后，英军巡洋舰自知不是对手，被迫释放烟雾并退往德军的射程范围外，以雷达尾随德军。俾斯麦号主炮射击产生的巨大震动导致桅杆上的凝结冰脱落砸坏其雷达，迫使吕特晏斯命令欧根亲王号行驶至舰队前方，为舰队提供前方的雷达搜索。该决定在之后使英军分不清德军舰只，因为这三艘德舰各自的轮廓十分相似、差别不大，舰身喷涂的伪装也一样——英国人再次犯了个错误，他们还以为是一艘战列舰和两艘巡洋舰，因为“提尔皮茨”号根本就没有开火，加上英国情报显示这会“提尔皮茨”号应该还在海试阶段。
5月24日，星期日，凌晨5时，德军舰队准备离开丹麦海峡，“欧根亲王”号的雷达探测到在左舷处有2艘未判明舰只。
德舰立即做好了战斗准备：那是英国拦截舰队——刚完工的“威尔士亲王”号战列舰和“胡德”号战列巡洋舰，重巡洋舰“萨福克”号和“诺福克”号也加入了战舰编队，由兰德洛思-霍兰海军中将指挥。英国编队由“胡德”号打头阵，“威尔士亲王”号在后面。巡洋舰编队在左翼——“胡德”号被视为皇家海军的骄傲，是世界上最大的战列巡洋舰，在皇家海军中有着崇高的地位。
霍兰中将命令己方舰首对准德舰，试图尽快缩短双方距离：因为他知道“胡德”号的甲板装甲很薄弱，如果炮战中双方距离超过10000码，德国的炮弹就很可能会落到己方军舰的甲板上，反之则会落到垂直装甲带上。
5时49分，霍兰命令向德军领头舰——“欧根亲王”号开火，因为淡淡的雾气中英国人误将“欧根亲王”号当成了“俾斯麦”号。能见度一般，雷达不可靠，三艘德舰反射影像在屏幕上一样大，理所当然将领头的那艘当做了最强大的。
“胡德”号在5时52分主炮抢先开火，“威尔士亲王”号随后也向“欧根亲王”号开火。直到打了2轮齐射后霍兰才发现攻击的目标是错误的——这时英国人才发现后面那两艘竟然都是战列舰！而这会双方编队距离10.9海里！
见敌即站——纳尔逊式的勇敢让英国人选择了继续交战！
5时55分，德国编队开火还击，三舰集中火力攻击“胡德”号。由于英舰的错误判断，所以一开始炮击时并未命中德舰，德舰就没有犯这种错误——炮弹不断准确地向英舰射去。尽管双方火力差别不大，因为英国舰队已经会和了重巡洋舰“萨福克”号及“诺福克”号，但战场形势对吕特晏斯有利——由于英国战舰舰首正对德舰，胡德号和威尔士亲王号分别只能使用四门和六门前主炮，而德国军舰却能使用全部火力向英国人还击——光381毫米巨炮就16门。
俾斯麦号发射的第三轮齐射炮弹命中胡德号中部，造成救生艇甲板产生火灾，并迅速蔓延。霍兰中将此时意识到己方处于不利地位，于是命令左舵二十度，以发挥全部火力。
6时整，“胡德”号刚完成转向，俾斯麦号进行第五轮齐射，一发381毫米穿甲弹炮弹呼啸着贯穿了“胡德’号薄弱的甲板装甲，引爆了主弹药库。在惊天动地的爆炸声中，英德双方看到了能让自己终身难忘的一幕——”胡德“号瞬间折成两半，迅速沉入海中！
德舰立刻将炮火指向“威尔士亲王“号，它完全招架不住。该舰舰桥遭一发15英寸炮弹击中，除舰长与一信号兵外所有舰桥人员阵亡。另外各处在短时间内遭4发15英寸炮弹和4发8英寸炮弹击中，舰体受重创，数门主炮因故障、战损而无法发射——这还没完，“提尔皮茨”号因为阵位在“俾斯麦”号身后，比姐妹舰稍后才进行自己的第五轮齐射，两发381毫米炮弹直接命中目标，“威尔士亲王”号轮机舱受创，成了德舰的活靶子。
在16门381毫米巨炮的第6轮齐射后，“威尔士亲王”号开始下沉，德国编队将炮口对准了全速撤退的英国巡洋舰——落在后面的“萨福克”号挨了一轮齐射就发生弹药库爆炸!
“提尔皮茨”号怎么会和“俾斯麦”号一同行动？这个已经不用林俊去考虑——它们已经在北海和英国人的主力舰编队“如期相遇”，5月24日在北海爆发的是一场能载入史册战列舰大战，德军完胜英国皇家海军，一血一战的耻辱——两艘“俾斯麦”级战列舰才各自进行了7次齐射！德国舰队只有“欧根亲王”号重型巡洋舰挨了一发356毫米穿甲弹和两发中口径炮弹，还没被重创，只是失去了几个无关紧要的舱室。
德国战列舰一贯的精确射击能力和合理的装甲防护，让自己在这次较量中成了一边倒的胜利者。德国舰队在出港时，“俾斯麦”号舰长恩斯特-林德曼上校就骄傲地声称：“英国海军，没有一艘军舰能和我们匹敌，也没有任何一艘大型军舰能够在我们的炮口下幸免！只要‘俾斯麦’号一旦出现在大西洋上，英国的运输就将中断，英国人将困死在孤岛上！”
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