Первыми к «Бисмарку» приближаются самолеты-торпедоносцы с авианосца «Викториес», которые еще до полуночи сбросили свои торпеды. Им с трудом удалось пробиться сквозь мощный огонь зенитной артиллерии. Одна из торпед попала в цель, однако не причинила вреда линкору, взорвавшись у броневого пояса правого борта.
Между тем ветер усилился, над морем проносились дождевые шквалы. Английские корабли, поддерживавшие контакт с линкором «Бисмарк», из-за угрозы нападения подводных лодок начали следовать зигзагообразным курсом. Все это привело к тому, что утром 25 мая англичане потеряли контакт с «Бисмарком», о чем на линкоре узнали только много часов спустя из радиограммы командующего группой военно-морских сил «Запад». Благодаря ошибке при исчислении местонахождения «Бисмарка» по радиопеленгу адмирал Тови пришел к выводу, что противник выполнил разворот. Пока в британском адмиралтействе обнаружили ошибку, прошло впустую пять ценных часов, и на английских кораблях начал ощущаться недостаток топлива — линкору (линейному крейсеру) «Рипалс» и целому ряду эсминцев пришлось уйти для приема топлива.
Только 26 мая около 10.30 утра с летающей лодки «Каталина», взлетевшей в Северной Ирландии в 3.00, заметили противника. Вскоре после этого его обнаружил и самолет-разведчик с авианосца «Арк Ройал». Однако самолетам-торпедоносцам не повезло. Из-за путаницы с передачей приказов они атаковали свой собственный корабль — крейсер «Шеффилд», которому только с большим трудом удается уклониться от торпед. Ближе к вечеру адмирал Сомервилл снова отправляет свои самолеты-торпедоносцы «Суордфиш» на противника. Результат — два попадания! Первое — в районе миделя — не причинило существенного вреда кораблю, чего, однако, нельзя сказать о втором. Этим взрывом был поврежден руль, и корабль потерял управление.
Германский линкор словно преследовал злой рок. Командующий британским флотом уже было принял решение в полночь прекратить преследование, поскольку тяжелые корабли начали ощущать нехватку топлива и к тому же они приблизились к границам сферы действия германской авиации. Но теперь ситуация резко изменилась, и Сомервилл исполнен решимости использовать горючее до последней капли.
В распоряжении английских эсминцев, освобожденных от охраны каравана, было вполне достаточно времени, чтобы занять позиции для торпедной атаки. После полуночи они начали выпускать свои торпеды. Однако на сей раз вовремя открытый огонь с «Бисмарка» заставляет эсминцы отойти на такое расстояние, что попадание могло быть только чистой случайностью. Из 16 выпущенных эсминцами торпед ни одна не достигает цели, но и сами эсминцы не получают никаких серьезных повреждений от огня «Бисмарка».
Утром 27 мая 1941 года начался заключительный акт драмы: к месту событий подошли корабли адмирала Тови — 2 линкора, которых поддерживал крейсер «Норфолк», а с востока приблизился и вступил в бой тяжелый крейсер «Дорсетшир». «Родней» выпустил шесть торпед, «Норфолк» — четыре, но ни одна из них не попала в цель. Тогда с 4 английских кораблей открыли по «Бисмарку» сосредоточенный артиллерийский огонь: среднюю часть линкора окутало дымом и пламенем, носовой пост управления артиллерийским огнем был разбит, значительная часть орудий корабля вышла из строя, все надстройки были сильно повреждены. Около 10 часов утра «Бисмарк» сделал свой последний выстрел: запас боеприпасов был исчерпан. Несмотря на попадание многочисленных снарядов и еще двух торпед, корабль остался на плаву. Между тем запас топлива на английских линкорах подошел к концу; они были вынуждены выйти из боя, чтобы последних остатков топлива хватило до ближайшей английской базы. Команда германского линкора открыла кингстоны; в турбинных отсеках были установлены подрывные заряды замедленного действия. Все же крейсер «Дорсетшир» выпустил по гибнущему кораблю еще две торпеды. Команда «Бисмарка» покинула линкор и попыталась спастись, используя все виды спасательных средств и даже плавающие на море обломки. Адмирал Лютьенс и командир «Бисмарка» капитан 1-го ранга Линдеман не пожелали покинуть корабль и остались в боевой рубке, разделив участь своего корабля.