На вышедшем 23 декабря из Исландии соединении дальнего прикрытия, находившемся в 270 милях к западу от мыса Нордкап, адмирал Фрэйзер получил перехват «Ультры». В нем говорилось, что «Шарнхорст» направился к конвою. Расшифрованный британской разведкой приказ звучал так: «Остфронт (17.00). „Шарнхорсту» выйти в море 25-го в 17.00». Адмиралу Фрэйзеру приказали приготовиться к бою, с тем чтобы отрезать немецкому линкору путь обратно в Норвегию. К 9.25 корабли Фрэйзера были уже в 125 милях к юго-западу от «Шарнхорста», а адмиралу Бернету сообщили о планах Фрэйзера и о содержании расшифровки «Ультры». Адмирал Фрэйзер отдал приказ 36-му дивизиону эсминцев из состава эскорта конвоя RA-55A, который заранее направили на север от предполагаемого района боя, идти на соединение с конвоем JW-55B (главной цели «Шарнхорста»). Вице-адмирал Бернет расположил вверенное ему соединение между конвоем и возможным направлением появления «Шарнхорста». Командующий советским Северным флотом адмирал А. Головко приказал подводным лодкам Л-20, К-21 и С-102 направиться в район мыса Нордкап и там перехватить немецкий рейдер. Эсминцы начали прогревать турбины, а самолеты на аэродромах спешно вооружались торпедами и бомбами.
Когда радар «Белфаста» 26 декабря в 8.40 обнаружил «Шарнхорст» с дистанции 33 000 метров по пеленгу 295°, на кораблях ближнего прикрытия прозвучал сигнал боевой тревоги. Немецкий рейдер в то время двигался приблизительно в 32 милях от конвоя, и три британских крейсера пошли на сближение с противником. На «Шарнхорсте» пока не знали о британских кораблях, так как радар на судне в целях большей скрытности был выключен. В 9.21 сигнальщики крейсера «Шеффилд» с дистанции 11 000 метров по пеленгу 222° обнаружили немецкий корабль, а через три минуты «Белфаст» с дистанции 8600 метров стал стрелять осветительными снарядами. В 9.25 первый залп с крейсера «Норфолк» не долетел до цели. С «Шарнхорста» прогремел ответный залп, и он на 30-узловой скорости стал уходить. «Белфаст» и «Шеффилд» стреляли беспламенным порохом, а «Норфолк» — более старым, который давал сильные демаскирующие вспышки. Преимущество британцев заключалось в артиллерийских радарах, а «Шарнхорста» — в скорости и орудийной мощи. Завязалась 20-минутная перестрелка, в течение которой в «Шарнхорст» попало три 203-миллиметрового снаряда. Первый угодил в верхнюю палубу с левого борта между палубной 150-миллиметровой установкой и торпедным аппаратом, однако не взорвался и прошел в кубрик водонепроницаемого отсека IX. Там возник пожар, который быстро потушили. Другой снаряд попал в носовые дальномеры, и его осколки посыпались на зенитную артиллерию, вследствие чего антенна носового радара была уничтожена, а весь персонал приемной радарной станции погиб. Таким образом, корабль неожиданно «ослеп» с носовых углов, поскольку кормовой радар, находящийся гораздо ниже носового, имел ограниченный угол действия вперед. Третий снаряд попал в полубак и разорвал кубрик на части.