德艦上甲板已經遍體鱗傷，上層建築麵目全非，艦員死傷累累，但仍能保持著26節的航速，隻需再航行1小時就能回到挪威海岸。
但此時此刻，英艦豈肯讓到手的“大魚”輕易脫逃，4艘英軍驅逐艦兵分兩路，左右夾擊而來，德艦迅速開火，右側的“蠍子”號和“斯托爾德”號驅逐艦在2000米距離上各發射了8條魚雷，“沙恩霍斯特”號的艦長欣茲上校立即指揮軍艦滿舵作大回轉，以規避魚雷，但還是有1條魚雷命中艦橋下方，緊接著左側的“索馬斯”號和“野人”號也接近到1800米，分別發射6條魚雷，德艦因為已經中了1條魚雷，機動性降低，規避也沒有剛才那樣靈活，此次魚雷攻擊共有3條魚雷命中，海水從破口大量湧入，航速下降至22節。
這時，“約克公爵”號也追了上來，它再次用威力強大的356毫米主炮猛轟，“貝爾法斯特”號和“諾福克”號巡洋艦也加入戰鬥，“沙恩霍斯特”號連連中彈，多處起火，全艦都被烈火濃煙所籠罩，艦員死傷慘重，頑固的貝伊仍組織最後戰鬥，下令將前主炮的炮彈全部運到尚能使用的後主炮，拚死抵抗。但他也意識到將難逃此劫，命令銷毀所有機密文件，並致電海軍總司令鄧尼茲：“我艦正與敵主力戰艦交戰，決心戰至最後一彈！”
至晚7時，“沙恩霍斯特”號的航速已降至10節，而且唯一的後主炮也被“約克公爵”號摧毀，隻剩下幾門150毫米副炮，幾乎喪失了還手之力！弗雷澤見光靠炮火難以迅速結束戰鬥，也不願寶貴的戰列艦和巡洋艦在最後戰鬥中受損，下令戰列艦和巡洋艦後撤，由驅逐艦實施魚雷攻擊。
漸漸德艦航速僅為5節，並開始傾斜，欣茲艦長見已無法挽回，隻得下達棄艦命令。
此時英軍數艘驅逐艦一邊用炮火轟擊，一邊逼近德艦發射魚雷，英軍先後射出55條魚雷，共有11條命中，猛烈的爆炸接二連三，最終引發了彈藥艙的大爆炸，“沙恩霍斯特”號在經過震耳欲聾的陣陣轟鳴之後，終於化著一陣濃煙沉入了海底。英軍驅逐艦隨即開始營救落水德軍官兵，德艦上共有約2000人，隻有36人獲救。
12月29日，JW-55B船隊安全到達蘇聯科拉灣。1944年1月1日，RA-55A船隊也安全抵達英國埃韋灣，這兩支船隊均無損失。
英軍參戰的兩支水麵艦艇編隊在蘇聯進行修理和休整後，於4月4日返回英國。
此次作戰，英國海軍采取正確的戰略戰術，情報保障及時得力，各編隊之間協同密切，配合默契，技術裝備尤其是雷達性能優異，使指揮官準確掌握戰場形勢，官兵訓練有素，在昏暗的低能見度條件下，所進行的機動和編隊航行幾乎與白晝毫無區別。反觀德軍，戰術上貿然將驅逐艦分散，使戰列艦失去了有效的保護，偵察保障不力，對戰場情況了解極少，而且雷達性能不理想，最後還在戰鬥中被毀，種種原因，導致德海軍威力最大、令盟軍頭痛的“沙恩霍斯特”葬身海底，德軍所依賴的海上優勢也隨之土崩瓦解。
8.“提爾比茲”號的末日
隨著“沙恩霍斯特”號被擊沉，北極航線的態勢發生了重大轉折，由於該艦被擊沉，北極航線遭受德軍大型水麵艦艇威脅的局麵已不複存在，此後德軍在該海域能夠使用的兵力就隻有潛艇、驅逐艦等輕型水麵艦艇和為數不多的航空兵，大大減低了對同盟國海上運輸的威脅。由此英軍得以將“光輝”號航母、“伊麗莎白”號戰列艦、“榮譽”號戰列巡洋艦等大型軍艦調往遠東，加入對日作戰。因此，“沙恩霍斯特”的沉沒，不但對北極航線產生了直接影響，還對太平洋戰場產生了間接影響。
鑒於威脅北極航線的德軍大型水麵艦艇隻剩下“提爾比茲”號戰列艦，為消除這一威脅，蘇軍於2月11日晚出動15架掛載1000千克重磅炸彈的重型轟炸機，飛往“提爾比茲”號的錨泊地挪威阿爾塔峽灣。由於蘇軍飛行員地形不熟，天色又黑，最終隻有4架飛機發現德艦並實施了攻擊，投下的炸彈隻有1枚近失彈給德艦造成了輕微損傷。