Наконец «Граф Шпее» открыл огонь с максимального расстояния. Сначала одна башня вела огонь по правому борту, а другая по левому, но затем все шесть орудий главного калибра сосредоточили огонь на «Эксетере», чьи 8-дюймовые орудия представляли основную угрозу. На британских кораблях радаров не было, а тем временем германский радар «Зеетакт» позволил «Графу Шпее» поразить орудийную башню и главный руль «Эксетера». Если бы не то обстоятельство, что некоторые германские снаряды не взорвались, крейсер обязательно бы потонул. После неудачной попытки выпустить торпеды «Эксетер» вышел из боя с креном на правый борт и зарываясь носом в волну. В трюме бушевал пожар, вода от фонтанов, поднимаемых близкими разрывами, привела к замыканию электрических цепей управления последней уцелевшей орудийной башней. Телефонная связь и радиосвязь также вышли из строя. Существовала реальная опасность того, что «Эксетер» потонет.
Возможно, Лангсдорфф сблизился бы с поврежденным кораблем и добил бы его, но тут оба легких крейсера набросились на «Графа Шпее», отвлекая внимание на себя. Они перемещались очень быстро, уклоняясь от смертельных попаданий орудий главного калибра, не способных достаточно быстро менять угол возвышения и направление.
После полуторачасового боя, в течение которого британским кораблям удавалось подойти к «Графу Шпее» настолько близко, чтобы использовать артиллерию вспомогательных калибров, все четыре корабля получили повреждения. Получив два попадания 11-дюймовых снарядов, «Аякс» лишился двух из четырех орудийных башен, а в третьей отказал подъемник. Прощальный залп «Графа Шпее» снес главную мачту. Три орудия главного калибра еще действовали, но «Аякс» израсходовал 80 процентов своего боезапаса. «Ахиллес» пострадал меньше всего, но у него не было радиоуправления системой огня. «Граф Шпее» получил много попаданий, но вся его артиллерия оставалась исправной.
Бой был прерван британским командиром, поставившим дымовую завесу. Несомненно, Лангсдорффу следовало бы добить искалеченную троицу, но он этого не сделал. Впоследствии говорили, что во время боя он был ранен и потерял сознание. Возможно, этого оказалось достаточно, чтобы он принял решение направиться в нейтральный порт.
По некоторым данным, «Эксетер» получил больше сотни прямых попаданий. Пять из шести его орудий главного калибра были выведены из строя, корабль был охвачен огнем и окутан дымом, так что немцы ждали, что он вот-вот взорвется и потонет. Имея на борту 61 погибшего члена экипажа и много раненых, «Эксетер» с трудом добрался до Фолклендских островов, а два легких крейсера проследили за «Графом Шпее» до нейтрального уругвайского порта Монтевидео.