Pada kira-kiran jam 05:30 pagi 24 Mei 1941, semasa skuadron kapal Jerman tersebut cuba melepasi Selat Denmark, kapal Prinz Eugen mengesan dengan hydrofon kehadiran dua buah kapal asing di sebelah kiri pasukan mereka. Menjelang jam 05.45 pagi, kedua-dua buah kapal tersebut dapat dilihat, walaupun pasukan Jerman pada ketika itu masih belum dapat membuat pengecaman kapal itu. Sebenarnya dua buah kapal tersebut adalah kapal perang besar HMS Prince of Wales dan kapal kruiser berat HMS Hood, di bawah perintah Laksamana Lancelot Holland. Kapal HMS Prince of Wales adalah kapal baru dibina dan masih lagi menjalani kerja-kerja melengkapkan kelengkapan perangnya. HMS Hood pula dibina sebagai sebuah kapal kruiser tetapi diberikan pertahanan perisai tambahan seumpama kapal perang besar. Namun demikian perisai geladaknya masih lemah. Lutjens menjangka akan terserempak dengan kapal British tetapi tidak menjangkakan akan bersua dengan kapal perang besar.

Pada jam 05.49, Laksamana Holland mengarahkan kedua buah kapalnya melepaskan tembakan ke arah Prinz Eugen, menyangkakan kapal itu kapal Bismarck. Mereka bernasib baik kerana Kapten kapal HMS Prince of Wales menyedari kesilapan itu dan membetulkan tenangan ke arah kapal Bismarck. Holland membetulkan arahannya dan kapal-kapal British itu mensasarkan Bismarck. HMS Hood mula menembak pada jam 05.52 pagi diikuti sejurus kemudian oleh HMS Prince of Wales. Jarak antara kapl-kapal tersebut adalah kira-kira 12.5 batu.

Laksamana Lütjens teragak-agak untuk membalas tembakan kapal British dan selama dua minit tidak mengeluarkan apa-apa arahan. Melihat keadaan ini, Kapten Lindemann (pemerintah kapal Bismarck) mengambil inisiatif dan mengarahkan meriam kapalnya membalas tembakan dan menumpukan tembakan ke atas kapal HMS Hood (kapal itu dikenalpasti semasa membuat ubahan laluan pada jam 05.05). kedua kapal British tersebut cuba menempatkan diri mereka di "zon kekebalan". (Dalam keadaan ini, kapal British akan cuba mendekati kapal Jerman di mana HMS Hood akan kurang terancam dengan tembakan peluru menjunam dan akan menidakkan kelebihan ketepatan tembakan pasukan Jerman. Sebaliknya, keputusan ini akan menyebabkan 8 daripada 18 buah meriam British tidak dapat digunakan kerana terlalu dekat).

Kapal Bismarck dan Prinz Eugen melepaskan tembakan ke arah HMS Hood dari jarak 11 batu. Tembakan kapal Jerman itu amat tepat dan dalam masa 2 minit sahaja, HMS Hood terkena peluru 8 inci yang ditembak oleh Prinz Eugen. Peluru itu kena di bahagian tiang utama kapal HMS Hood dan menyebabkan kebakaran besar yang cuba dikawal oleh anak kapal Hood. Dalam masa yang sama, Bismarck terkena tembakan dari Prince of Wales mengakibatkan kebocoran tangki bahan api di bahagian hadapan.

Melihatkan keadaan ini, Laksamana Lütjens mengarahkan kapal kruisernya mengalihkan sasaran ke arah Prince of Wales. Pada jam 6.00 pagi, HMS Hood yang sedang belok ke kiri untuk membolehkan kesemua meriamnya melepaskan tembakan, terkena sebutir peluru daripada meriam Bismarck yang ditembak dari jarak 9 batu. HMS Hood dijilat api yang menyemarak dan satu letupan kuat berlaku, yang membelah kapal HMS Hood. Bahagian buritan kapal Hood tenggelam dengan pantas dan dikuti dengan bahagian haluan kapal. Kapal HMS Hood tenggelam dalam masa kurang 3 minit. Laksamana Holland bersama-sama 1,415 anak kapal HMS Hood terkorban, dan hanya 3 orang nak kapal terselamat (Ted Briggs, Bob Tilburn and Bill Dundas). Mereka diselamatkan oleh kapal pembinasa HMS Electra dua jam kemudian. (Jabatan Admiralti British merumuskan letupan kuat yang memusnahkan HMS Hood hanya mungkin berpunca daripada terkena peluru meriam 15 inci di bahagian tempat simpanan pelurunya, menyebabkan simpanan peluru meletup).

Prince of Wales terpaksa membelok ke arah kapal Jerman untuk mengelak puing peninggalan HMS Hood. HMS Prince of Wales terkena beberapa das tembakan, tetapi beberapa tembakannya berjaya mengenai kapal Bismarck. Kapal HMS Prince of Wales mengundur diri dilindungi dengan skrin asap apabila meriam bahagian belakang tidak lagi dapat dikawal. HMS Prince of Wales terkena 7 tembakan dan kerosakan mekanikal menyebabkan semua kecuali sepucuk daripada meriamnya tidak dapat digunakan. Bismarck dan Prinz Eugen pula melarikan diri apabila mereka ingatkan mereka mengesan bunyi torpedo dengan kemunculan sebuah kapal terbang Shorts Sunderland.

Walaupun Kapten Lindemann mahu mengejar HMS Prince of Wales untuk memusnahkan kapal tersebut, cadangannya disangkal oleh Lütjens kerana takut bertembung dengan lebih banyak kapal British. (Bismarck juga mengalami kerosakan dan pertembungan dengan kapal British akan menggagalkan tugasan utama Bismarck iaitu menyerang dan memusnahkan konvoi British). Dalam masa 20 minit sahaja, Bismarck berjaya memusnahkan sebuah kapal besar British dan memaksa sebuah lagi kapal melarikan diri. Keadaan itu tidak pernah terjadi dalam sejarah Tentera Laut Diraja British dan Jabatan Admiralti British mengadakan jawatankuasa penyiasatan khas melihat perkara ini.

Bismarck masih belum selamat kerana British mengetahui kedudukan mereka dan radar bahagian hadapan kapal Bismarck pula rosak terkena tembakan British. Salah satu tembakan yang mengenai kapal Bismarck menyebabkan kebocoran tangki bahan api yang mengakibatkan pencemaran bahan api yang disimpan. Bismarck terpaksa mengurangkan kelajuan kepada 20 knot untuk menjimatkan bahan api. Lütjens akhirnya membuat keputusan untuk mendapatkan pembaikan kapal di St. Nazaire dan mengarahkan kapal-kapal Jerman itu belayar menuju pelabuhan tersebut.

Pasukan British mengekori kedua-dua kapal tersebut. Kapal HMS Prince of Wales dengan bantuan HMS Suffolk dan HMS Norfolk terus membayangi kapal Jerman itu. Pada satu ketika, Bismarck membuat perubahan haluan untuk memberikan peluang kepada Prinz Eugen untuk melepaskan diri.