Скорость полного хода обоих наших кораблей составляла 28 уз, в то время, как «Бисмарк» имел 30 уз, поэтому единственным действием, дающим им шанс на успех нападения, становилась внезапность. Крейсера адмирала Уэйк-Уолкера должны были поддержать линкоры.
Британский план боя заключался в следующем: подготовка к бою с 12 ч 54 мин 24 мая, удержание контакта до 1 ч 40 мин, затем ночной бой. К несчастью, крейсера потеряли контакт с германским соединением во время снежного шторма. Английские моряки считали, что противник пойдет на северо-запад или ляжет на обратный курс, поэтому адмирал Холланд распорядился изменить курс с западного на северный и сократил скорость хода до 25 уз. Видимость была плохой, и из-за этого с борта «Принс оф Уэльса» не смогли стартовать самолеты-разведчики. Противника не удалось обнаружить. В 2 ч 10 мин адмирал Холлавд распорядился изменить курс на юг, и произвести разведку, используя крейсера. На севере этим должны были заниматься эсминцы. «Принс оф Уэльсу» запретили использовать радиолокационную станцию с целью сохранения секретности.
В 2 ч 47 мин крейсер «Саффолк» восстановил контакт, установил позицию противника и параметры его движения. Скорость была увеличена до 28 уз. В 4 ч 30 мин видимость составляла 12 миль, на «Принс оф Уэльсе» подготовили к старту самолет, но выяснилось, что в его топливо попала вода.
Вице-адмирал Холланд принял решение сосредоточить огонь своих двух тяжелых кораблей на «Бисмарке», оставив «Принц Ойген» крейсерам. Но, когда противники увидели друг друга выяснилось, что все преимущества были у немцев, которые находились слишком далеко впереди по правому борту, при этом кормовые башни «Худа» и «Принс оф Уэльс» не могли вступить в бой, в тоже самое время, «Бисмарк» мог вести огонь из всех орудий. Поэтому вместо восьми 381 -мм и десяти 356-мм орудий британской эскадры против восьми 380-мм и стольких же 203-мм у немцев, соотношение изменилось до четырех 381-мм и пяти 356-мм орудий, так как одно из орудий «Принс оф Уэльс» оказалось неисправным.
Все четыре корабля открыли огонь с дистанции 13 миль в 5 ч 33 мин. Немцы сконцентрировали его на «Худе», который шел головным. Адмирал Холланд приказал открыть огонь по левому кораблю, считая, что это линкор. На самом деле это был «Принц Ойген» — ошибка выяснилась только после того, как начал стрелять «Бисмарк». Артиллерийский офицер «Принс оф Уэльс» разобрался, что крейсер идет головным и был готов произвести наводку по правому вражескому кораблю.
Разобравшись, кто из противников «Принц Ойген», артиллеристы линкора вскоре стали наблюдать всплески своих снарядов у «Бисмарка». «Худ» еще не перенес огня. Только шестой залп «Принс оф Уэльс» лег около цели, несмотря на то, что радиолокационная станция британского линкора работала. Волны захлестывали бак и дальномеры в башнях «А» и «В» использовать не представлялось возможным. Приходилось полагаться на 4,6-м дальномер в командно-дальномерном посту главного калибра, который ошибочно увеличивал дистанцию на 0,5 мили.
С находившихся вдали крейсеров «Норфолк» и «Саффолк» видели, что «Худ» стрелял по «Принцу Ойгену» хорошо, его третий залп лег накрытием. «Принс оф Уэльс» затянул пристрелку и добился накрытия только с шестого залпа. Имевший более скорострельные орудия «Принц Ойген» добился первого попадания и у грот-мачты «Худа» вспыхнул сильный пожар, который начал распространяться в нос, его языки поднялись высоко над верхней палубой. Источником этого пожара стали погреба боезапаса зенитной артиллерии, а также 9,5 т неуправляемых зенитных ракет, которые размещались в легких стальных ящиках.
В 5 ч 55 мин вице-адмирал Холланд приказал выполнить поворот 20° влево: это позволило бы обоим его линейным кораблям вести огонь всем бортом. Но, как только британские корабли начали выполнять маневр, вокруг линейного крейсера встали столбы воды. Вскоре картина стала ужасной — над «Худом» выросла огненная завеса, которую затем сменила огромная колонна дыма. Нос и корма корабля торчали из воды, он переломился в средней части, а затем исчез в волнах.