3 крейсера эскадры адмирала Барнетта закрыли брешь, появившись на сцене буквально в последнюю секунду. В 8.40 «Белфаст» обнаружил радаром на расстоянии 25000 ярдов цель, которая быстро приближалась. 3 маленьких крейсера отважно пошли навстречу могучему противнику. В 9.21 дистанция составляла уже только 13000 ярдов, и «Белфаст» передал: «Вижу противника».
203-мм башни «Норфолка» и 152-мм башни легких крейсеров развернулись и поймали цель. 8–203-мм и 24–152-мм орудий ждали приказа, чтобы обрушиться на ничего не подозревающего противника. В 9.24 «Белфаст» выпустил осветительный снаряд. Через 5 минут заговорил главный калибр британского крейсера — не крейсеров, потому что в этот момент только «Норфолк» мог вести огонь. Эскадра повернула прямо на противника, и он перекрыл директрису двум остальным кораблям. Началась битва у мыса Нордкап.
«Не имея никакой надежды потопить „Шарнхорст“ одним залпом — это было в принципе невозможно, — „Норфолк“ сделал все, что можно и даже больше. Вторым или третьим залпом он снес антенну радара „Шарнхорста“ и вывел из строя левый ПАУЗО. После выхода из строя радара немецкий корабль оказался слепым во мраке арктической ночи. К этому времени эсминцы уже были отправлены обратно в Альтен-фьорд, и „Шарнхорст“ мог вести поиски только с помощью радара. А радара он больше не имел».
Немцы были застигнуты врасплох. В этот момент «Шарнхорст» даже не пытался вести ответный огонь. Вместо этого он немедленно повернул на юг, оставив конвой за кормой. Он попытался оторваться от крейсеров, развив скорость 30 узлов. Корабли Барнетта последовали за ним.
В 9.55 адмирал Бей решил повторить попытку. Он намеревался обойти конвой с северо-востока, оставив крейсера позади. Линейный крейсер в такую погоду имел превосходство в скорости по крайней мере в 5 узлов над более мелкими кораблями. Однако Барнетт следил за «Шарнхорстом» с помощью радара и сразу повернул к конвою. В этот момент, около 10.00, британские корабли потеряли радиолокационный контакт. Адмирал Фрезер опасался, что «Шарнхорст» вернется в Альтен-фьорд.
Если бы это произошло, никаких шансов перехватить линейный крейсер не оставалось. Однако он приказал 4 мощным эсминцам из состава эскорта конвоя присоединиться к Барнетту, и это соединение снова расположилось между «Шарнхорстом» и его целью. Тем временем немецкие эсминцы продолжали поиск в юго-западном направлении, уходя прочь от конвоя и места событий, хотя с них видели отблеск осветительного снаряда и какие-то взрывы вдали. Они продолжали следовать прежним курсом до 10.27, а потом повернули на северо-восток и попытались найти своего флагмана. Больше «Шарнхорст» они не видели.
«Дьюк оф Йорк» продолжал приближаться и сейчас находился на расстоянии 160 миль, когда крейсера сообщили, что «Шарнхорст» снова появился на экране радара и опять пытается атаковать конвой. «Шеффилд» сообщил об этом в 12.21. С дистанции 11000 ярдов крейсера снова открыли огонь, и после 20 минут нерешительной перестрелки «Шарнхорст» еще раз отвернул прочь. На этот раз он сумел отомстить за себя, дважды попав в «Норфолк» 280-мм снарядами. Была разбита одна из башен главного калибра и большинство радарных установок. Британские эсминцы не сумели провести торпедную атаку, и «Шарнхорст» второй раз оторвался, на прощание накрыв «Шеффилд». Крейсер получил несколько осколочных пробоин. Бей решил прекратить операцию и повернул в Норвегию. В 14.18 он по радио приказал эсминцам сделать то же самое. «Шарнхорст» пошел на юг со скоростью 28 узлов. Барнетт прекратил огонь и последовал за ним, зная, что линейный кресер направляется прямо в теплые объятия Фрезера.
Это произошло в 16.17. Радар «Дьюк оф Йорка» обнаружил «Шарнхорст» на дистанции 32 мили на NNO, немецкий корабль приближался на большой скорости. Ловушка была поставлена. Адмирал Фрезер намеревался сблизиться до 12000 ярдов, а потом открыть огонь главным калибром. Одновременно он приказал своим 4 эсминцам приготовиться к торпедной атаке, когда для этого настанет удобный момент. В 16.50 «Белфаст» снова осветил «Шарнхорст» осветительными снарядами, и тогда прогремел первый залп «Дьюк оф Йорка».