В 9.25 с борта «Арк-Роняла» взлетели самолеты с приказом потопить «Бисмарк» торпедами, но, когда они подлетели к месту боя, английские корабли не прекратили огонь, что делало невозможным заход на цель на маленькой высоте. Летчики обратились к Тови с просьбой сделать перерыв на время воздушной атаки, но единственным ответом на это явилось переданное с линкора «Кинг Джордж V» предупреждение, что по самолетам будет открыт зенитный огонь. Похоже, адмиралы, чьему сердцу были столь дороги большие корабли, были полны решимости не позволить потопить «Бисмарк» летчикам, даже несмотря на то, что это была морская авиация с авианосцев.
К месту действия подтягивались все новые и новые английские корабли, выпускавшие по «Бисмарку» торпеды, но тот никак не тонул. В 10.44 командующий соединением передал полный отчаяния приказ: «Всем кораблям, имеющим торпеды, выпустить их по «Бисмарку». В конце концов команда немецкого линкора решила завершить дело сама. Была взорвана крюйт-камера, и «Бисмарк» превратился в «адское горнило». Ослепительный огонь, пылавший внутри, был виден сквозь многочисленные пробоины от снарядов». Лишь после этого «Бисмарк» умер. «Когда он перевернулся вверх килем, — с гордостью писал один из спасшихся немецких моряков, — мы увидели, что подводная часть корпуса не повреждена торпедами». Немцы так и не спустили флаг. В 11.07 крейсер «Дорсетшир» передал сообщение: «Торпедировал «Бисмарк» в оба борта, после чего он затонул. Неприятель прекратил огонь, но флаг не спустил». «Содфишам», которым так и не позволили вступить в бой, пришлось сбрасывать торпеды в море, так как садиться на палубу авианосца с ними очень опасно.
Несмотря на то что вокруг «Бисмарка» скопилось так много английских боевых кораблей, немецкая подводная лодка «U-74» была полна решимости пробиться к линкору и помочь ему или хотя бы забрать его судовые документы. Но она прибыла на место действия слишком поздно. «Бисмарк» уже затонул, поверхность воды была покрыта мазутом из топливных баков, обломками и плавающими людьми. Перископ немецкой субмарины заметил наблюдатель одного из английских кораблей, подбиравших спасшихся моряков с «Бисмарка». Немедленно был подан сигнал тревоги, и английские корабли ушли, оставив немецких моряков без помощи. «U-74» спасла троих, англичане 107 человек. Еще двоих подобрал другой немецкий корабль «Заксенвальд». Все остальные члены команды, насчитывавшей 2400 человек, погибли.
В 13.22 командование Западной военно-морской группы послало «Бисмарку» сообщение: «Агентство «Рейтер» утверждает, что «Бисмарк» потоплен. Немедленно доложите обстановку». Но в это время линкор уже лежал на дне на глубине 15 317 футов.