緊追“沙恩霍斯特”號的英艦沒有料到德艦會突然改變航向，雷達失去了接觸，但伯內特準確判斷出德艦的企圖，敵變我變，立即停止追擊，改向西北航行，準備在JW-55B船隊前方搶占有利陣位。但是德、英雙方，一個向東北，一個向西北，分道而行，距離越來越大。
上午10點左右，德軍偵察機發現弗雷澤編隊，由於天氣惡劣，能見度很低，飛行員發回的報告含糊不清——北角西北100海裏發現一支東向艦隊，其中可能有一艘戰列艦。而接到報告的德軍指揮官處事呆板，要求報告必須準確清楚，不能有可能、大概之類的語句，便將關鍵的“可能有一艘戰列艦”這一句刪去，然後才轉發給貝伊。貝伊認為這肯定是英軍軍艦，但距離尚遠，決定不予理睬。
1小時後，貝伊下令轉向西行，正好與英軍巡洋艦編隊相對而行。
時間不長，伯內特旗艦“貝爾法斯特”號的雷達在2.8萬米距離上發現目標，伯內特毫不懷疑地確定這就是“沙恩霍斯特”號！立即向弗雷澤報告，同時命令JW-55B船隊轉向東南，自己率領掩護編隊則向東北接敵。
中午時分，“沙恩霍斯特”號的了望發現約在1萬米外出現軍艦桅杆，貝伊立即下令火炮測距儀開機，為主炮測定距離，同時主炮準備射擊。隨著槍炮軍官的一聲令下，“沙恩霍斯特”號280毫米主炮首先開火！伯內特隨即下令巡洋艦開火，驅逐艦則全速接敵，實施魚雷攻擊。此時海麵風浪很大，英軍驅逐艦難以占領有利發射陣位，也就無法發射魚雷，而英軍巡洋艦則與德艦展開了激烈的炮戰，戰鬥整整持續了20分鍾，英軍“諾福克”號被擊中兩發炮彈，上層建築起火，傷亡13人。“沙恩霍斯特”號也被多發炮彈命中，而貝伊根據英軍近失彈所激起的巨大水柱，錯誤判斷英軍為戰列艦。他見己方雷達受損；驅逐艦也不在附近，孤立無援；海麵風暴又大，寄予厚望的午間日照也被風暴驅走，能見度相當低；形勢非常險惡，便決定迅速脫離接觸，掉頭返航。但德艦的撤退航線正好與弗雷澤的航線交錯，這為弗雷澤提供了絕佳的機會。
午後1時，向南搜索的德軍驅逐艦與JW-55B船隊相距僅10海裏(約合18千米)，但海麵一片昏暗，德軍什麼也沒有發現，雙方擦肩而過。
貝伊通知驅逐艦返航。
伯內特率領編隊緊緊尾隨著“沙恩霍斯特”號，此時“謝菲爾德”號因發動機故障，沒有追趕，隻有2艘巡洋艦和4艘驅逐艦緊追不舍。貝伊見狀，曾一度企圖掉頭殺個回馬槍，但德艦剛一掉頭，英艦也隨之退後，避免與德艦交火，始終與德艦保持著不即不離的距離，同時不斷向弗雷澤報告德艦的位置和航速。
弗雷澤的旗艦“約克公爵”號戰列艦雷達在22海裏(約合4萬米)距離發現德艦，弗雷澤下令準備射擊，盡管天色一片漆黑，炮手根本看不到德艦的蹤影，但憑借著炮瞄雷達，“約克公爵”356毫米主炮已經牢牢盯住了德艦！
不久，“約克公爵”號與德艦的距離已經縮短到2萬米，弗雷澤命令伯內特向德艦發射照明彈。很快德艦尾部出現了一顆光點，隨即將德艦照得透亮，貝伊不知道英軍會從哪裏發起攻擊，隻好盲目命令主炮瞄準正前方，並讓左舷高射炮擊落照明彈。
隻到“約克公爵”號主炮開火後，德艦才根據英艦炮口的火光發現英艦位置，貝伊意識到陷入了英軍包圍，不敢戀戰，隻得一邊還擊，一邊以31節的高速撤退，但還是沒能逃出英艦的炮火射程，“約克公爵”的一發主炮炮彈命中德艦的一座前主炮炮塔，炮塔頓時起火，盡管德艦上的損管人員奮力搶修，迅速控製了火勢，但這座主炮卻被摧毀，德艦火力因此銳減。德艦且戰且走，“約克公爵”號也數次被德艦擊中，主桅杆也被炸斷，但弗雷澤沒有絲毫退縮，仍舊猛烈攻擊，又一發356毫米炮彈命中“沙恩霍斯特”號後甲板，劇烈的爆炸引發了大火，並很快波及到了上層建築，熊熊大火使德艦在昏暗的海麵上成為非常醒目的目標，“約克公爵”繼續攻擊，德艦連連中彈，前主炮的排煙裝置被毀，炮塔裏硝煙彌漫，炮手根本無法操炮；前甲板上的150毫米副炮也多被擊毀；鍋爐艙中彈，德艦航速開始下降，但損管人員和輪機人員拚死搶修，終於修複損傷，航速又逐漸恢複，漸漸與英艦拉開了距離。