Поскольку "Принс оф Уэлс" с самого начала вел огонь по «Бисмарку», "Принц Ойген" находился в чрезвычайно удобном положении необстреливаемого корабля. Перенеся с 05.59 стрельбу на оставшийся британский корабль на дистанции 80–90 кбт, он продолжал интенсивный обстрел, а когда дистанция еще более сократилась, в дело вступили даже 105-мм зенитки, успевшие выпустить 78 снарядов, после чего им пришлось заняться своим прямым делом — над полем битвы появилась английская летающая лодка. В 06.05 гидроакустический пост донес о приближающихся торпедах, и Бринкман приказал сделать резкий поворот (впоследствии он утверждал, что видел их следы). Теоретически из британских кораблей мог стрелять торпедами только «Худ», но из прокладки курса ясно, что он этого не сделал.
После получаса боя «Ойген» отвернул, чтобы выйти из дымки от стрельбы собственных пушек. В результате по цели могли стрелять только кормовые башни с управлением из кормового же КДП. Так и велась стрельба до 06.09, когда поврежденный британский корабль окончательно отвернул и прервал бой.
За 24 минуты стрельбы "Принц Ойген" сделал 28 полных залпов, выпустив 157 фугасных снарядов с донным взрывателем, добившись 4 попаданий (2,5 %). Первый снаряд разрушил адмиральский мостик британского линкора и ударился в передний КДП, второй попал в моторный катер, пробил палубу и 35-мм броню подбашенного отделения 133-мм установки, но не взорвался. Третий снаряд частично прошел под водой и взорвался с небольшим эффектом в корме за задним броневым траверзом, вызвав небольшое затопление. Четвертый также прошел под водой и дал разрыв на обшивке в 2 м ниже ватерлинии в самой корме линкора; его части ударились о 85-мм броневую плиту, прикрывавшую помещение рулевых машин. В целом 8-дюймовые снаряды тяжелого крейсера вызвали лишь незначительные повреждения линкора, тем более, что все они были фугасными. В принципе, бронебойные боеприпасы могли привести к куда более значительным последствиям практически во всех случаях, но предугадать это было невозможно. Сам крейсер попаданий не получил, хотя при осмотре корабля в 06.20 обнаружили солидный осколок британского 356-мм снаряда вблизи трубы. Во время боя имела место авария в одном из котлов переднего котельного отделения, где в 06.50 возник небольшой пожар, погасить который удалось только в 07.15. Тем не менее, к 08.24 корабль имел полный ход, правда, ненадолго: в 10.18 последовал приказ вывести из действия по одному котлу в каждом отделении. «Ойген» должен был следовать одним ходом с флагманским кораблем, у которого были свои проблемы.
Более устойчивый в качестве артиллерийской платформы «Бисмарк» показал несколько лучший результат, добившись 1–3 попаданий в «Худ» и 3–4 в "Принс оф Уэллс", выпустив 93 снаряда главного калибра (5–7 %). Надо сказать, что качество германских взрывателей оказалось весьма невысоким: полноценный разрыв дали только три снаряда. Британский корабль, еще окончательно не прошедший боевую подготовку, все же сумел добиться трех попаданий в «Бисмарк», предопределивших его судьбу, и, в какой то мере — судьбу «Ойгена». Последнему так и не удалось ввести в дело свои торпедные аппараты, поскольку дистанция ни разу не упала ниже 6,5–7 миль, что, несомненно, было слишком много для атаки одиночного корабля, маневрирующего на скорости 27 узлов.
Один из снарядов с "Принс оф Уэлс" повредил топливные цистерны «Бисмарка»; много топлива вылилось в море, так что вопрос о продолжении океанского рейда можно было снять с повестки дня. Но перед Лютьенсом все еще стояло немало проблем: каким путем идти к месту ремонта и что делать с «Ойгеном»? Адмирал решил отделить тяжелый крейсер, полностью сохранивший боеспособность, для самостоятельных действий. Никаких документальных соображений об этом решении не осталось, но можно предполагать, что германский командующий надеялся запутать англичан и отвлечь часть сил от своего корабля, который он предполагал привести в Сен-Назер.