В 16.47 в небе неожиданно разорвались снаряды первого залпа. Однако на «Шарнхорсте» башни главного калибра были развернуты в походное положение, что немало удивило англичан. «Дюк оф Йорк» открыл стрельбу осветительными 133-миллиметровыми снарядами, а затем начал стрелять залпами с дистанции 11 000 метров. В 16.52 к нему с дистанции 12 000 метров удачно присоединился крейсер «Ямайка», его третий залп попал в цель. Хотя для «Шарнхорста» такое нападение оказалось неожиданным, после разрыва осветительных снарядов он сразу же открыл ответный огонь и немедленно повернул на север. Но немецкие 283-миллиметровые снаряды не могли пробить надежную броню, защищавшую жизненно важные части английского линкора. 356-миллиметровые снаряды первого же залпа попали в правый борт «Шарнхорста», как раз напротив башни «Антон». Башню с поднятыми орудиями заклинило, приводы горизонтальной и вертикальной наводки вышли из строя. В погребах от раскаленных осколков вспыхнул пожар, причем осколки пробили и огненепроницаемую дверь в погреба башни «Бруно». Погреба обеих башен сразу же были затоплены, однако под башней «Бруно» их осушили довольно быстро, и это практически не сказалось на скорости ее стрельбы. Люди работали по пояс в ледяной воде, стараясь спасти хотя бы часть боезапаса. Поврежденному кораблю удавалось поддерживать довольно высокую скорость. Второй снаряд попал в вентиляционный канал башни «Бруно», поэтому ее боевое отделение после каждого залпа заполнялось газами и дымом. Еще один снаряд разорвался около башни «Цезарь» и осколком пробил в батарейной палубе отверстие. Дыру быстро заделали, но отсеки, где разорвался снаряд, затопило водой и их не осушили. Осколки снаряда буквально обсыпали два самолета, изрешетили несколько зенитных орудий, уничтожив большую часть их обслуги. После этого капитан цур зее Хинтце отдал приказ уцелевшим членам экипажа укрыться.
Несмотря на повреждения, «Шарнхорст» все еще сохранял преимущество в скорости и вскоре начал отрываться от противника. Его смог преследовать только эсминец «Сэведж», который немцы никак не могли «сбросить с хвоста», хотя снаряды разрывались от него буквально в 20 метрах. Эсминцу удалось подойти так близко, что он мог бы обстрелять «Шарнхорст» торпедами. Но приказ о торпедной атаке «Сэведж» так и не получил, поэтому был вынужден повернуть. «Шарнхорст», под перекрестным обстрелом «Белфаста» и «Норфолка», свернул на восток и 30-узловым ходом начал быстро отрываться от противника. Фрэйзер приказал эсминцам атаковать «Шарнхорст», но те никак не могли подойти близко к цели. «Сэведж» и «Сомарец» шли слева сзади, а «Сторд» и «Скорпион» — справа и сзади от преследуемого противника. В 17.42 дистанция между противниками увеличилась настолько, что «Ямайка» прекратила огонь. И только флагману Фрэйзера удавалось методично обстреливать удаляющийся «Шарнхорст».