12月26日，在惡劣的海象條件下，拜無法找到護航隊的準確位置。他認為已經超過了敵人，便派驅逐艦向南擴大搜索區域。然而這五艘驅逐艦與沙艦相距過遠，失去燈光聯繫之後，就再也未能為沙艦後來的戰鬥發揮任何作用，在北角海戰結束後沿著原航線返回母港。
弗雷澤則準備好面對德軍的攻擊，命令返航的空船隊RA 55A向北離開預期的戰場，並下令JW 55B扭轉航線，以使戰艦接近。稍後，他下令RA 55A的四艘驅逐艦無敵號（HMS Matchless）、火槍手號（HMS Musketeer）、及時號（HMS Opportune）和悍婦號（HMS Virago）與護航隊分離，加入他的編隊。
9:00之後，沒有護航艦艇的沙恩霍斯特號遭遇到伯內特的第一分隊。英國巡洋艦在約13000碼的距離上開火，沙恩霍斯特號以齊射回應。巡洋艦沒有中彈，而沙恩霍斯特號被命中兩彈，一發砲彈摧毀了雷達控制系統，使沙恩霍斯特號幾乎像是在暴風雪中失明了一樣。沒有雷達，砲手被迫瞄準敵人的砲口閃光，而由於兩艘英國巡洋艦使用了新的無焰發射藥，使這變得更加困難，只有諾福克號是相對容易瞄準的目標。拜判定他正在與一艘戰艦交戰，於是轉向南嘗試與追獵者保持距離，或許是為了吸引它們離開護航隊。
沙恩霍斯特號一度擺脫了追獵者，拜轉向東北企圖繞著它們轉圈，伯內特並未追逐，第一分隊航行到適當位置以便保護船隊，因為海況將他的巡洋艦航速限制在24節。他的這個決定受到部分人士的批評，而弗雷澤支持這個決定。但午後不久，沙恩霍斯特號再次接近巡洋艦，雙方再次交火。沙恩霍斯特號命中諾福克號，擊毀了雷達和一個砲塔。這次交火後，拜決定返回港口，同時下令驅逐艦根據一艘潛艦報告的位置攻擊護航隊。但這個位置報告過時了，驅逐艦錯過了護航隊。
沙恩霍斯特號向南航行了好幾小時，伯內特在後面追趕，但謝菲爾德號和諾福克號都因遭遇引擎問題而落後。貝爾法斯特號在一段時間裡處於危險的無掩護狀態。但缺乏能工作的雷達的德國人無法利用這個優勢，而貝爾法斯特號再次通過雷達接觸沙恩霍斯特號。
同時，一艘真正的戰艦，約克公爵號，以及四艘正在加緊進入魚雷發射陣位的驅逐艦已經獲知貝爾法斯特號的接觸，約克公爵號很快在16:15用自己的雷達發現了沙恩霍斯特號。並向全舷射位置機動。
16:48，貝爾法斯特號發射照明彈照亮沙恩霍斯特號，約克公爵號清楚地觀測到沙恩霍斯特號毫無防備，砲口對著艦艏和艦艉。約克公爵號在11920碼距離上開火，首次齊射即取得命中，沙恩霍斯特號最前的主砲塔（「安東」）稍後便不能使用。另一次齊射摧毀了飛機機庫。拜轉向北，但與巡洋艦諾福克號和貝爾法斯特交火，於是轉向東，以31節高速航行。
拜保持與英國軍艦間的距離來增加勝利的希望。沙恩霍斯特號發射的兩發11英寸砲彈擦過約克公爵號的桅杆，切斷了重要的雷達電纜，但拜並不知情[2]。18:20，沙恩霍斯特號的命運突然戲劇性地變壞，約克公爵號發射的一發砲彈在極限距離上穿透了裝甲帶並摧毀了1號鍋爐室，使航速掉到10節，雖然修復工作很快使她能以22節航速航行，但變得易於受到驅逐艦的攻擊[3]。五分鐘後，拜向德國海軍司令部發出他的最後一封無線電報：「我們將戰鬥到打完最後一發砲彈。」 [4]
18:50，沙恩霍斯特號轉向右側與野人號、索馬勒茲號交火，但這也使蠍號和斯圖爾號在右舷命中一彈。沙恩霍斯特號繼續轉向以規避魚雷。野人號、索馬勒茲號命中左舷三彈。索馬勒茲號則被沙恩霍斯特號副砲命中數彈，11人陣亡，11人受傷。
沙恩霍斯特由於魚雷的傷害，速度再次掉到10節，使約克公爵號迅速縮短了距離[5]。沙恩霍斯特號上方的照明彈「掛在她上方就像一個吊燈」，約克公爵號和牙買加號在僅10,400碼距離上重新開火。19:15，貝爾法斯特號由北面加入。英艦向德艦打出密集的砲彈，牙買加號和貝爾法斯特號向緩慢移動的目標發射了剩餘的魚雷。無敵號、火槍手號、及時號和悍婦號射出超過19枚魚雷。19:45，沙爾霍斯特號終於傾覆沉沒，而螺旋槳還在轉動，估計沉沒位置在72°16′N 28°41′E / 72.267°N 28.683°E / 72.267; 28.683，後來在72°31′N 28°15′E / 72.517°N 28.250°E / 72.517; 28.250被發現並拍攝了影片。在1,968名艦員中只有30名被蠍號救起，6名被無敵號救起。拜和艦長辛茲都不在獲救之列，蠍子號試圖救援拜，但他沉下去[6]。弗雷澤下令分隊前往莫曼斯克，發報給海軍部「沙恩霍斯特號沉沒」，答覆是「做得太好了」。