12月26日，在恶劣的海象条件下，拜无法找到护航队的准确位置。他认为已经超过了敌人，便派驱逐舰向南扩大搜索区域。然而这五艘驱逐舰与沙舰相距过远，失去灯光联系之后，就再也未能为沙舰后来的战斗发挥任何作用，在北角海战结束后沿着原航线返回母港。
弗雷泽则准备好面对德军的攻击，命令返航的空船队RA 55A向北离开预期的战场，并下令JW 55B扭转航线，以使战舰接近。稍后，他下令RA 55A的四艘驱逐舰无敌号（HMS Matchless）、火枪手号（HMS Musketeer）、及时号（HMS Opportune）和悍妇号（HMS Virago）与护航队分离，加入他的编队。
9:00之后，没有护航舰艇的沙恩霍斯特号遭遇到伯内特的第一分队。英国巡洋舰在约13000码的距离上开火，沙恩霍斯特号以齐射回应。巡洋舰没有中弹，而沙恩霍斯特号被命中两弹，一发炮弹摧毁了雷达控制系统，使沙恩霍斯特号几乎像是在暴风雪中失明了一样。没有雷达，炮手被迫瞄准敌人的炮口闪光，而由于两艘英国巡洋舰使用了新的无焰发射药，使这变得更加困难，只有诺福克号是相对容易瞄准的目标。拜判定他正在与一艘战列舰交战，于是转向南尝试与追猎者保持距离，或许是为了吸引它们离开护航队。
沙恩霍斯特号一度摆脱了追猎者，拜转向东北企图绕着它们转圈，伯内特并未追逐，第一分队航行到适当位置以便保护船队，因为海况将他的巡洋舰航速限制在24节。他的这个决定受到部分人士的批评，而弗雷泽支持这个决定。但午后不久，沙恩霍斯特号再次接近巡洋舰，双方再次交火。沙恩霍斯特号命中诺福克号，击毁了雷达和一个炮塔。这次交火后，拜决定返回港口，同时下令驱逐舰根据一艘潜艇报告的位置攻击护航队。但这个位置报告过时了，驱逐舰错过了护航队。
沙恩霍斯特号向南航行了好几小时，伯内特在后面追赶，但谢菲尔德号和诺福克号都因遭遇引擎问题而落后。贝尔法斯特号在一段时间里处于危险的无掩护状态。但缺乏能工作的雷达的德国人无法利用这个优势，而贝尔法斯特号再次通过雷达接触沙恩霍斯特号。
同时，一艘真正的战列舰，约克公爵号，以及四艘正在加紧进入鱼雷发射阵位的驱逐舰已经获知贝尔法斯特号的接触，约克公爵号很快在16:15用自己的雷达发现了沙恩霍斯特号。并向全舷射位置机动。
16:48，贝尔法斯特号发射照明弹照亮沙恩霍斯特号，约克公爵号清楚地观测到沙恩霍斯特号毫无防备，炮口对着舰艏和舰艉。约克公爵号在11920码距离上开火，首次齐射即取得命中，沙恩霍斯特号最前的主炮塔（“安东”）稍后便不能使用。另一次齐射摧毁了飞机机库。拜转向北，但与巡洋舰诺福克号和贝尔法斯特交火，于是转向东，以31节高速航行。
拜保持与英国军舰间的距离来增加胜利的希望。沙恩霍斯特号发射的两发11英寸炮弹擦过约克公爵号的桅杆，切断了重要的雷达电缆，但拜并不知情[2]。18:20，沙恩霍斯特号的命运突然戏剧性地变坏，约克公爵号发射的一发炮弹在极限距离上穿透了装甲带并摧毁了1号锅炉室，使航速掉到10节，虽然修复工作很快使她能以22节航速航行，但变得易于受到驱逐舰的攻击[3]。五分钟后，拜向德国海军司令部发出他的最后一封无线电报：“我们将战斗到打完最后一发炮弹。” [4]
18:50，沙恩霍斯特号转向右侧与野人号、索马勒兹号交火，但这也使蝎号和斯图尔号在右舷命中一弹。沙恩霍斯特号继续转向以规避鱼雷。野人号、索马勒兹号命中左舷三弹。索马勒兹号则被沙恩霍斯特号副炮命中数弹，11人阵亡，11人受伤。
沙恩霍斯特由于鱼雷的伤害，速度再次掉到10节，使约克公爵号迅速缩短了距离[5]。沙恩霍斯特号上方的照明弹“挂在她上方就像一个吊灯”，约克公爵号和牙买加号在仅10,400码距离上重新开火。19:15，贝尔法斯特号由北面加入。英舰向德舰打出密集的炮弹，牙买加号和贝尔法斯特号向缓慢移动的目标发射了剩余的鱼雷。无敌号、火枪手号、及时号和悍妇号射出超过19枚鱼雷。19:45，沙尔霍斯特号终于倾覆沉没，而螺旋桨还在转动，估计沉没位置在72°16′N 28°41′E / 72.267°N 28.683°E / 72.267; 28.683，后来在72°31′N 28°15′E / 72.517°N 28.250°E / 72.517; 28.250被发现并拍摄了影片。在1,968名舰员中只有30名被蝎号救起，6名被无敌号救起。拜和舰长辛兹都不在获救之列，蝎子号试图救援拜，但他沉下去[6]。弗雷泽下令分队前往摩尔曼斯克，发报给海军部“沙恩霍斯特号沉没”，答复是“做得太好了”。