Первый же залп осветительными снарядами с "Белфаста" открыл германский корабль, причем наблюдатели даже смогли увидеть, что его башни ГК развернуты по диаметральной плоскости. По отношению к английскому линкору залп лег неудачно, цель не была освещена достаточно ясно, и в 16-48 "Дьюк оф Йорк" сам открыл огонь осветительными снарядами из 133-мм орудий левого борта с дистанции 60 каб. Они легли хорошо, и в 16-50 был дан первый залп главным калибром.
Удача в этот день не покидала англичан. Первый же залп дал накрытие, а один из снарядов второго попал в правый борт "Шарнхорста" против башни "А". Очевидно, 356-мм бронебойный снаряд пробил барбет под палубой, поскольку полностью вышли из строя механизмы вертикальной и горизонтальной наводки, а осколки проникли в погреб, вызвав там пожар. Более того, пламя проникло через поврежденную осколками противопожарную дверь в погреб возвышенной башни "В". Такие последствия могли быть вызваны только пробитием кольцевой брони барбета, поскольку проницание броневой палубы "Шарнхорста" на столь небольшой дистанции маловероятно как самим снарядом, так и тем более его осколками. Оба погреба пришлось затопить, и в решающие моменты боя германский корабль лишился 2/3 своей артиллерии. Правда, погреб башни "В" осушили настолько быстро, что это вначале почти не сказалось на стрельбе немецкого линкора. Однако буквально через несколько минут еще одно попадание в носовую часть повредило вентиляционную систему возвышенной носовой башни, которая после каждого залпа наполнялась дымом и орудийными газами из открываемого затвора.
Этими удачными попаданиями во многом определился итог боя, общий результат которого хотя и не вызывал сомнений, но как бы предполагал получение более или менее серьёзных повреждений английским линкором. Находившийся в начале боя на практически прямом угле по отношению к линии огня "Шарнхорста" на дистанции 5-6 миль, "Дьюк оф Йорк" подвергался некоторой опасности. Теоретически 283-мм орудия могли пробивать на таком расстоянии крупповскую броню среднего качества в 14-15 дюймов. С учетом повышенной сопротивляемости плит британского производства могло иметь место разве лишь пробитие бортового пояса в районе ЭУ, да и то только с некоторой вероятностью. Однако прямые попадания в надстройки и небронированные части корпуса и даже осколки могли вывести из строя радиоэлектронику (на "Шарнхорсте" для этого оказалось достаточно снаряда гораздо менее крупного калибра). Последствия подобных повреждений весьма вероятно сказались бы на ходе сражения и даже на окончательной судьбе немецкого линкора.
Первоначально огонь "Шарнхорста" был весьма точен: несмотря на неожиданное появление на сцене нового врага, германский линкор открыл по нему стрельбу всего двумя минутами позже и добился накрытия третьим или четвертым залпом. Однако неприятность с носовыми башнями сделала дуэль настолько неравной, что Бей немедленно отвернул на север, рассчитывая оторваться от опасного противника. Сразу после поворота "Дьюк оф Йорк" добился попадания в район кормовой башни "Шарнхорста". Еще один снаряд разорвался в средней части корпуса, уничтожив осколками оба гидросамолета и выведя из строя прислугу нескольких зенитных установок. На севере немецкий корабль поджидало соединение Бернетта, состоящее теперь из "Белфаста" и "Норфолка" ("Шеффилд" отстал и более не участвовал в бою). Попав под их огонь и обнаружив себя между двумя отрядами неприятеля, Бей вновь повернул, на сей раз прямо на восток, дав 30-узловый ход. Обе стороны ввели в дело вспомогательную артиллерию (133-мм у англичан и 150-мм у немцев). После 17-20 дистанция между линкорами начала постепенно возрастать, сначала до 70, а затем до 90 каб. Оба больших корабля шли параллельными курсами, "Дьюк оф Йорк" слева и позади от "Шарнхорста". Попадания в последний продолжались: около 17-30 прямым попаданием 14- дюймового снаряда была полностью уничтожена правая носовая 150-мм башня со всем персоналом, а спустя немного времени осколок заклинил левую носовую башню того же калибра.
Однако решающее попадание "Шарнхорст" получил на 70-й минуте боя. 356-мм бронебойный снаряд пробил легко бронированную (45 мм) верхнюю часть борта в середине корпуса, отразился от 80-мм нижней броневой палубы, и попал в узкую полоску уязвимой брони той же толщины, представлявшей собой гласис над отверстием дымохода КО N1. Суммарное препятствие соответствовало примерно 120-130 мм вертикальной брони, что пробивалось английским снарядом даже под довольно острым углом. Взрыв в котельном отделении оказался настолько сильным, что был принят за торпедное попадание. Перебитые паропроводы привели к резкому падению давления пара, и скорость упала до 8 уз. Осколки пробили обе обшивки двойного дна, и вода быстро заполнила котельное отделение. Правда, отличная организация борьбы за живучесть позволила вскоре дать 22-узловый ход, но "Дьюк оф Йорк" решил свою задачу, не дав "Шарнхорсту" уйти. Данное попадание также является исключительно счастливым для англичан, поскольку на тех углах и дистанциях, на которых шел бой, 14-дюймовые снаряды не имели других "щелей", через которые могли поразить энергетическую установку исключительно сильно бронированного для средних и ближних дистанций германского линкора.
"Шарнхорст" все еще отвечал из кормовой башни ГК (иногда вводя в дело возвышенную носовую) и уцелевших 150-мм установок. До 18-00 он добился единственного за бой весьма незначительного успеха. Близкие разрывы нанесли осколочные повреждения по левому борту "Дьюк оф Йорк", а один из 283-мм снарядов пробил опору треногой передней мачты. Мизерность повреждений отчасти компенсировалась тем, что перебитой оказалась проводка к антенне артиллерийского радара типа "284". Лейтенант Бейтс на ледяном ветру взобрался на мачту и срастил кабель, после чего стрельба главного калибра возобновилась. По странному совпадению в другую опору той же мачты попал 150-мм снаряд, разрушивший 1/3 сечения опоры. Эти попадания практически в одно и то же место оказались единственными за весь бой.
В 18-52 "Дьюк оф Йорк" прекратил стрельбу. Из 52 выпущенных залпов 31 накрыл цель, причем британский линкор добился не менее 13 зарегистрированных прямых попаданий (на деле очевидно больше, скорее около 20). Британский линкор достиг примерно 3-4% попаданий. Его противник был практически полностью лишен артиллерии, хотя и сохранил ход около 20 уз., что свидетельствует о том, что полное пробитие всей броневой защиты "Шарнхорста" (борт 350 мм -г скос палубы 105 мм) скорее всего не могло достигаться на дистанциях боя. Тем не менее, германский корабль оказался совершенно беззащитным перед торпедной атакой эсминцев, которые добились нескольких попаданий. В 19-45 "Шарнхорст" пошел ко дну. Хотя его потопление формально нельзя отнести только на счет "Дьюк оф Йорк", но фактически британский линкор сделал все, и в других обстоятельствах мог бы сблизиться на минимальную дистанцию и добить противника сам, просто в данном случае в этом не было необходимости. Эта победа многое говорит о высоких характеристиках как системы управления огнем, так и 14-дюймовых снарядов англичан. Если артиллерийское вооружение "Шарнхорста" нельзя считать очень сильным, то в отношении защиты он, являлся одним из наиболее сильных кораблей в мире, практически не уступая "Бисмарку" и "Тирпицу".
Потопление "Шарнхорста" в значительной мере развязало руки англичанам, которые стали комбинировать дальнейшие проводки конвоев с более активными операциями, осуществляемыми силами прикрытия. "Проба пера" состоялась при проводке пары JW- 57/RA-57 (конец февраля - начало марта 1944 г.), когда самолеты с авианосца "Фьюриэс" нанесли удар по норвежскому побережью (операция "Бейлиф"). Авианосец прикрывали линкоры "Энсон" и французский "Ришелье", а также 2 крейсера и 7 эсминцев. Этот удар был только репетицией, поскольку главной целью Флота метрополии оставался "Тирпиц". 30 марта 1944 г. Фрэзер вновь вывел флот из Скапа-Флоу для прикрытия конвоев JW-58/RA-58 и проведения операции "Тангстен". В состав сил вошли линкоры "Энсон" и "Дьюк оф Йорк", "флотские" авианосцы "Викториэс" и "Фьюриэс" и 4 эскортных авианосца, а также 4 крейсера и 11 эсминцев. 3 апреля отряд контр-адмирала Мура (флаг на линкоре "Энсон"), включавшего также авианосцы, 3 крейсера и 5 эсминцев, отделился от сил прикрытия и приблизился к норвежскому побережью. 41 бомбардировщик "Барракуда" и такое же число истребителей нанесли удар по месту стоянки "Тирпица" в Альта-фиорде. Операция "Тангстен" имела некоторый, хотя и ограниченный успех: самолеты достигли нескольких попаданий, которые однако не нанесли германскому линкору большого ущерба.
Фотографии попаданий в "Тирпиц" вдохновили Адмиралтейство на повторение рейда. При проводке RA-59 отряд Мура практически в том же составе попытался вновь нанести удар. Однако в течение 24 и 25 апреля - дней, выделенных для действий авиации, стояла настолько плохая погода, что англичане не решились без пользы рисковать своими самолетами. И на следующий день главная цель в Альта-фиорде оставалась скрытой туманом. Пришлось нанести несколько небольших ударов авианосной авиацией по прибрежному судоходству и уйти восвояси.
