В полночь 24 мая "Суффолк" потерял радиолокационный контакт с немцами. Узнав об этом, Холланд решил, что они оторвались от Уэйк-Уолкера и пошли назад. И он повернул за ними - на север. Холланд уже составил план боя "Худ" и "Принс оф Уэллс" сосредоточат огонь на "Бисмарке", а крейсера - на "Принце Ойгене", однако не известил об этом Уэйк-Уолкера. Выдерживал радиомолчание? Кто знает...
Писали, что английскому адмиралу следовало начинать перестрелку с дистанции не более 6 миль, тогда немецкие снаряды полетят по настильной траектории и если попадут, то в бронированные борта "Худа". Если бой разгорится на большем расстоянии, то снаряды, падая по крутой траектории, поразят слабо защищенные палубы этого старого корабля. А под ними - погреба боезапаса...
В 2.47 "Суффолк" снова нащупал немцев локатором. Они по-прежнему шли друг за другом на юго-запад. Холланд вновь развернулся, развил почти предельный ход - в 28 узлов - и потерял связь с эсминцами. Они остались в 30 милях севернее и в бою, как и крейсеры Уэйк-Уолкера, не участвовали.
В 5.35 с "Худа" увидели врага прямо по носу и передали на "Принс оф Уэллс" - бить по головному "Бисмарку", но он шел вторым. Через 17 минут англичане открыли огонь из носовых башен с опасного для них расстояния 12 миль. Оба немца согласованно обстреливали "Худ". А его первый залп лег далеко от "Принца Ойгена". "Принс оф Уэллс" лишь пятым или шестым залпом накрыл вражеский линкор. Зато после второго залпа "Бисмарка" на "Худе" вспыхнул пожар. Около 6.00, когда противников разделяло 7 миль, англичане отвернули влево, чтобы ввести в дело кормовые башни, и тут "Бисмарк" попал 380-мм снарядами главного калибра в палубу линейного крейсера между второй трубой и грот-мачтой. "Худ" взорвался и затонул. Из 1419 моряков спасли троих...
Теперь и "Бисмарк" перенес огонь на "Принс оф Уэллс". Вскоре в того попало четыре 380-мм снаряда и три 203-мм с немецкого крейсера. Вышла из строя носовая четырехорудийная башня главного калибра. Чтобы не разделить участь "Худа", в 6.13 командир корабля Лич приказал поставить дымовую завесу и вышел из боя.
В немецкий линкор угодило только два снаряда. Один в носовую часть, под бронепоясом, возник дифферент, и полный ход снизился до 26 узлов. Второй пробил цистерну. Не опасно, если бы не потеря вытекшего за борт топлива. В 7.27 Лютьенс связался со штабом и получил разрешение отпустить крейсер в самостоятельное рейдерство, а самому идти в один из французских портов.
Получив известие о гибели "Худа", Адмиралтейство вызвало на помощь линкор "Родней", авианосец "Арк Ройаль", крейсер "Шеффилд", второй линкор и четыре эсминца сняли из охранения конвоя, третий отправили в океан из Галифакса.