Команды заняли боевые посты вскоре полуночи. Видимость быстро ухудшалась, и вскоре после 2 часов утра Холланд повернул на курс 200 и отделил эсминцы, надеясь увеличить зону поиска. Поняв, что шансы вступить в бой до рассвета минимальны, он разрешил прислуге спать у орудий, но напряжение было столь велико, что практически никто не воспользовался этой возможностью. В 2-14 скорость увеличили до 26 узлов, а спустя 8 минут - до 27 узлов. За несколько минут до 3 утра "Саффолк" восстановил контакт с немцами, которые по прокладке располагались всего в 15 милях к северо-западу. Видимость постепенно улучшалась с 50 каб. до примерно 12 миль около половины пятого. Холланд дважды изменил курс: в 3-21 англичане пошли курсом 220, а 20 минут спустя довернули еще на 20 градусов (курс 240). В 3-53 корабли дали полный ход - 28 узлов. Противники стремительно сближались.
Состояние полной боевой готовности на английских кораблях было объявлено в 5-10. А спустя 15 минут оба "немца" показались из рассветной мглы на расстоянии около 20 миль по курсу 335 градусов. Холланд вновь совершил два последовательных поворота на противника: в 5-37 на 40 градусов и через 12 минут еще на 20, и лег на курс 300. "Принс оф Уэлс" занял позицию в 4 каб от флагмана, сзади и справа от него.
Англичане оказались в невыгодном тактическом положении, поскольку их кормовые башни находились в мертвом угле. Холланд пытался выйти в нужную позицию путем нескольких последовательных поворотов, двигаясь между ними прямым курсом. Это решение впоследствии критиковалось, поскольку если бы британский отряд продолжал двигаться прежним курсом, то вскоре немцы принуждены были бы отвернуть сами, или попасть под охват с носа. Зная о слабости палубной защиты своего флагманского корабля, адмирал стремился как можно быстрее сблизиться с противником.
В 5-52 открыл огонь "Худ", а спустя минуту свой первый залп с 120 каб. дал "Принс оф Уэлс". Стреляли только 5 орудий (одна из пушек в носовой 4- орудийной башне не действовала). Залп лег перелетом. Поскольку на флагмане неверно определили цель (в германском отряде головным шел "Принц Ойген", а близость силуэтов затрудняло распознавание почти одинаковых по длине кораблей), "Худ" вел огонь по тяжелому крейсеру. На "Принс оф Уэлс" правильно определили, что "Бисмарк" идет вторым, и с самого начала стреляли по германскому линкору. Тем не менее, неудача с распределением огня и невозможностью ввести в дело всю артиллерию сказались на завязке боя. В 5-55 Холланд отдал свой последний приказ - довернуть на 20 градусов влево (" Принс оф Уэлс" в этот момент дал свой восьмой залп). В этот момент "Худ" взорвался, пораженный пятым залпом "Бисмарка", сам дав 5 или 6 залпов. "Принс оф Уэлс" остался один против двух противников. Седьмой залп "Бисмарка" уже был направлен в новую цель.
Неполадки в артиллерийских системах главного калибра привели к тому, что после поворота линкор сразу же начал стрелять трехорудийными залпами вместо нормальных 5-орудийных. Сбои в работе механизмов горизонтальной и вертикальной наводки в обоих 4-орудийных башнях заставляли пропускать залпы. Инженеры и техники фирмы "Виккерс- Армстронг" работали вместе с командой, то и дело исправляя повреждения. По контрасту удивительно надежно функционировала двухорудийная башня "В", остававшаяся в ходе боя единственной регулярно стреляющей. За 14 минут "Принс оф Уэлс" выпустил всего 18 залпов, стреляя после доворота половиной орудий каждой башни, в основном трехорудийными залпами). В результате из 74 "заказанных" снарядов было выпущено всего 55 (74%). Носовая башня "А" страдала не только от отказов механики, но и от потоков воды, лившейся непрерывным потоком из верхней части барбета в рабочее отделение. Засорившиеся спускные отверстия не позволяли даже слить ее в нижние помещения, и прислуге пришлось работать по колено в воде до тех пор, пока башню не заклинило. Начиная с 90 кабельтовых, в дело вступила 133-мм универсальная артиллерия, которая, однако, дала только 3 залпа. Вывод из строя трех директоров из 4 практически лишил линкор второго калибра, который, впрочем, вряд ли был бы полезен на столь значительных расстояниях. ("Бисмарк" также вел огонь из 150- мм пушек, а "Ойген" даже из 105-мм зениток, но эти калибры не дали ни одного попадания).
В 6-03 дистанция упала до 70 кабельтовых, и кэптен Лич, понимавший что решительный бой может привести только к трагедии, приказал увеличить ее. Спустя 2 минуты была поставлена дымзавеса, под прикрытием которой "Принс оф Уэлс" отвернул и вышел из боя. На повороте готовый к подаче снаряд в погребе кормовой башни под действием центробежной силы выскользнул из желоба и заклинил вращающуюся структуру башни, погнув шарнирный лоток. Линкор остался с двумя действующими орудиями главного калибра. На исправление повреждения лотка потребовалось более двух часов, а еще спустя 3 часа можно было использовать 9 орудий из 10.