На «Инвинзибле» примерно в 12.20 капитан пришел на корму и сообщил, что адмирал решил начать бой. Матросы на палубе закричали «Ура!». Видя, что «Карнавон» находится в 6 милях за кормой линейных крейсеров и не может развить более 18 узлов, Стэрди решил начать бой, имея только 2 линейных крейсера и «Глазго». Он решил оставить позади даже делающие 22 узла «Кент» и «Корнуолл». Скорость была постепенно увеличена до 26 узлов, и в 12.47 на мачту взлетел сигнал: «Открыть огонь и начать бой». Через несколько минут «Инфлексибл» с дистанции 16 500 ярдов открыл огонь по «Лейпцигу», замыкающему немецкую колонну. Старший артиллерист «Инфлексибла» вспоминал: «Это была изумительная картина: голубое безоблачное небо над головой и голубое спокойное море внизу. Воздух был исключительно прозрачным. Два линейных крейсера на полной скорости неслись по тихому морю, оставляя за собой хвосты белой пены. Кипящая вода часто заливала палубы на корме. Масса маслянистого черного дыма валила из труб, и на его фоне резко выделялись белые стеньговые флаги. Грохот орудий носовой башни, и над полубаком взлетают тяжелые клубы шоколадно-коричневого дыма. Потом долгое ожидание, и высокие белые всплески вырастают из моря позади далекого врага».
Британские корабли шли на юго-восток, а немцы в это время двигались почти параллельным курсом чуть справа по носу. Это означало, что каждый линейный крейсер мог вести огонь только из 2 башен, то есть давать 2-снарядные залпы каждые полминуты. Англичане располагали только самыми примитивными приборами управления огнем, и потому им потребовалось около 20 минут, чтобы пристреляться.
Но фон Шпее понял, что отстающий «Лейпциг» все равно скоро получит попадание, это лишь вопрос времени, также стало ясно, что его броненосные крейсера не смогут уклоняться от боя со страшным противником слишком долго. Поход через весь Тихий океан привел к большому износу машин «Шарнхорста» и «Гнейзенау», и они не могли развить более 18 узлов. И тогда адмирал принял решение, которое делает честь ему и всему германскому флоту, хотя справедливости ради следует отметить, что это был единственный тактически правильный вариант. В 13.20 он сигналом приказал «Дрездену», «Лейпцигу» и «Нюрнбергу» покинуть строй и попытаться спастись. Как только легкие крейсера повернули на юг, сам адмирал круто развернул броненосные крейсера на ONO и открыл огонь по британским кораблям.
Адмирал Стэрди решил, что его линейные крейсера справятся с броненосными крейсерами фон Шпее, и согласно его инструкции «Глазго», «Кент» и «Корнуолл» повернули вправо и погнались за немецкими легкими крейсерами без специального приказа адмирала. Тихоходный «Карнавон» продолжал следовать за линейными крейсерами.
В результате бой распался на два независимых столкновения. «Глазго», «Корнуолл» и «Кент» гнались за уходящими германскими легкими крейсерами, а линейные крейсера и примкнувший к ним «Карнавон» преследовали главные силы германской эскадры. Бой начался на параллельных курсах, когда обе эскадры шли на восток. «Инвизибл» открыл огонь по «Шарнхорсту», а «Инфлексибл» – по «Гнейзенау». Дистанция в этот момент составляла 13 500 ярдов, линейные крейсера вели огонь из 6 орудий главного калибра. Хотя неравенство в силах было колоссальным, бой не стал учебной стрельбой по мишеням. Стрельба немцев «была превосходным зрелищем. Вспышка залпа одновременно пробегала по всему силуэту корабля. Облачко коричневого дыма с яркой точкой посередине отмечало выстрел каждого орудия… Их стрельба была превосходной. Они накрывали нас раз за разом», – вспоминает один из английских участников боя. В 13.44 «Инвизибл» начал получать повреждения. Тут Стэрди сообразил, что его намерение расстреливать противника, не подходя на дальность действия его орудий, сорвано тем, что немцы находятся под ветром. Поэтому дым из труб линейных крейсеров и пороховой дым залпов несло на противника, что сильно мешало английским наводчикам. Стэрди не знал, что «Гнейзенау» уже получил два попадания, в том числе в подводную часть и что «Шарнхорст» тоже пострадал. Адмирал не желал давать противнику даже тени шанса, поэтому он повернул на 2 румба влево и увеличил дистанцию, поэтому в 14.00 бой временно прекратился. Стэрди попытался вывести линейные крейсера на более благоприятную позицию, но фон Шпее парировал его маневр, повернув под ветер и взяв курс почти точно на юг. Стэрди оставалось лишь гнаться за ним. В 14.45 дистанция снова сократилась, и бой возобновился. На сей раз фон Шпее не пытался уходить от противника, а, наоборот, повернул прямо на британские линейные крейсера. Дистанция быстро сократилась до 10 000 ярдов, и «Шарнхорст» и «Гнейзенау» сумели ввести в действие 150-мм орудия.
В этот момент на поле боя внезапно появился новый участник. Это был большой норвежский парусник «Фэрпорт», возвращающийся домой. К своему ужасу, норвежцы вдруг оказались в самой гуще жестокого морского боя, причем в таком отдаленном районе океана, где этого можно было ждать менее всего. Норвежцы подняли все паруса и постарались побыстрее убраться прочь.
Стрельба немцев была очень меткой. Призовые корабли германского флота полностью подтвердили свою репутацию. В 15.15 Стэрди был вынужден описать циркуляцию, чтобы выйти из густого облака дыма, которое мешало стрелять. Дистанция увеличилась до 14 000 ярдов. В этот момент осколок срезал фалы, на которых был поднят флаг фон Шпее. Меркер сразу запросил «Шарнхорст»: «Почему приспущен адмиральский флаг? Он убит?» Фон Шпее немедленно ответил: «Со мной все в порядке. Вы получили повреждения?» Меркер ответил: «Дым мешает наблюдениям». После этого фон Шпее поднял свой знаменитый сигнал, признавая, что попытка атаковать Фолкленды, против которой возражал Меркер, была ошибочной. «Вы оказались совершенно правы». И все-таки, как бы хорошо ни стреляли немцы, начало сказываться подавляющее превосходство англичан в весе залпа.
К этому моменту оба броненосных крейсера получили серьезные, хотя пока еще не роковые повреждения. Но их судьба была окончательно решена, оставался открытым лишь вопрос, сколько именно времени они еще продержатся на воде.
Так как многие орудий левого борта германских крейсеров вышли из строя, фон Шпее повернул на 10 румбов вправо, чтобы ввести в действие орудия другого борта. Но этот маневр позволил Стэрди пройти под кормой у немцев и наконец-то занять подветренную позицию. В результате нескольких поворотов «Инвизибл» и «Инфлексибл» поменялись целями. В 16.04 «Шарнхорст» с поднятым флагом резко накренился на левый борт. Крен быстро увеличивался, крейсер перевернулся и в 16.17 затонул.
Это произошло через 5 минут после того, как «Карнавон» наконец сумел вступить в бой и дать несколько залпов из своих 190-мм орудий. Немецкий флагман затонул со всем экипажем, включая отважного адмирала. Объяснения, что Стэрди не мог заняться спасением экипажа «Шарнхорста», несостоятельны, он вполне мог выделить для этого «Карнавон», который в бою играл чисто символическую роль.
Все моряки на борту «Гнейзенау» прекрасно понимали, что судьба их корабля решена. Первая труба крейсера рухнула на вторую, а в четвертой зияла большая дыра. Фок-мачта была снесена. Повреждения котлов снизили скорость до 16 узлов, и все-таки «Гнейзенау» повернул на юго-запад, пытаясь уйти. Но три британских корабля, построившись кильватерной колонной («Инвизибл», «Инфлексибл», «Карнавон»), открыли по нему огонь с дистанции 10 000 ярдов. Густой дым плыл над морем, делая стрельбу исключительно трудной. Но Стэрди упрямо держал корабли в сомкнутом строю, что делало стрельбу «Инфлексибла» почти невозможной. Примерно в 17.00 его командир капитан 1-го ранга Филлимор в отчаянии повернул на 16 румбов, чтобы выйти из дыма флагмана. Какое-то время он вел бой на контркурсах, а потом снова вступил в кильватер «Инвизиблу». Этот поступок Филлимора привел к небольшому скандалу. Команда «Инвизибла» была возмущена тем, что «Инфлексибл» попытался якобы удрать. Филлимор после боя потребовал судебного расследования, но Стэрди заявил, что полностью удовлетворен действиями «Инфлексибла», и суд не состоялся. Избитый «Гнейзенау» держался, пока действовали его орудия. В 17.15 он добился последнего своего попадания в броневой пояс «Инвизибла».
Немецкий крейсер расстрелял весь боезапас и потерял ход, около 600 человек его команды были убиты и ранены. И только тогда капитан 1-го ранга Меркер отдал приказ затопить корабль. Немецкая история патетически описывает этот момент. Здесь и троекратное «Ура!» в честь кайзера, и команда покинула корабль, и патриотические песни: «Песнь о флаге», «Слава тебе в победном венце», которые пели матросы уже в воде. По оценкам одного из офицеров, спаслось около 270–300 человек, но так как температура воды была всего 4 градуса Цельсия, то уцелели немногие. Всего «Инвизибл» спас 108 человек, «Инфлексибл» – 62 человека, «Карнавон» – 20 человек.