Первоначально огонь "Шарнхорста" был весьма точен: несмотря на неожиданное появление на сцене нового врага, германский линкор открыл по нему стрельбу всего двумя минутами позже и добился накрытия третьим или четвертым залпом. Однако неприятность с носовыми башнями сделала дуэль настолько неравной, что Бей немедленно отвернул на север, рассчитывая оторваться от опасного противника. Сразу после поворота "Дьюк оф Йорк" добился попадания в район кормовой башни "Шарнхорста". Еще один снаряд разорвался в средней части корпуса, уничтожив осколками оба гидросамолета и выведя из строя прислугу нескольких зенитных установок. На севере немецкий корабль поджидало соединение Бернетта, состоящее теперь из "Белфаста" и "Норфолка" ("Шеффилд" отстал и более не участвовал в бою). Попав под их огонь и обнаружив себя между двумя отрядами неприятеля, Бей вновь повернул, на сей раз прямо на восток, дав 30-узловый ход. Обе стороны ввели в дело вспомогательную артиллерию (133-мм у англичан и 150-мм у немцев). После 17-20 дистанция между линкорами начала постепенно возрастать, сначала до 70, а затем до 90 каб. Оба больших корабля шли параллельными курсами, "Дьюк оф Йорк" слева и позади от "Шарнхорста". Попадания в последний продолжались: около 17-30 прямым попаданием 14- дюймового снаряда была полностью уничтожена правая носовая 150-мм башня со всем персоналом, а спустя немного времени осколок заклинил левую носовую башню того же калибра.
Однако решающее попадание "Шарнхорст" получил на 70-й минуте боя. 356-мм бронебойный снаряд пробил легко бронированную (45 мм) верхнюю часть борта в середине корпуса, отразился от 80-мм нижней броневой палубы, и попал в узкую полоску уязвимой брони той же толщины, представлявшей собой гласис над отверстием дымохода КО N1. Суммарное препятствие соответствовало примерно 120-130 мм вертикальной брони, что пробивалось английским снарядом даже под довольно острым углом. Взрыв в котельном отделении оказался настолько сильным, что был принят за торпедное попадание. Перебитые паропроводы привели к резкому падению давления пара, и скорость упала до 8 уз. Осколки пробили обе обшивки двойного дна, и вода быстро заполнила котельное отделение. Правда, отличная организация борьбы за живучесть позволила вскоре дать 22-узловый ход, но "Дьюк оф Йорк" решил свою задачу, не дав "Шарнхорсту" уйти. Данное попадание также является исключительно счастливым для англичан, поскольку на тех углах и дистанциях, на которых шел бой, 14-дюймовые снаряды не имели других "щелей", через которые могли поразить энергетическую установку исключительно сильно бронированного для средних и ближних дистанций германского линкора.