不久，“约克公爵”号与德舰的距离已经缩短到2万米，弗雷泽命令伯内特向德舰发射照明弹。很快德舰尾部出现了一颗光点，随即将德舰照得透亮，贝伊不知道英军会从哪里发起攻击，只好盲目命令主炮瞄准正前方，并让左舷高射炮击落照明弹。
只到“约克公爵”号主炮开火后，德舰才根据英舰炮口的火光发现英舰位置，贝伊意识到陷入了英军包围，不敢恋战，只得一边还击，一边以31节的高速撤退，但还是没能逃出英舰的炮火射程，“约克公爵”的一发主炮炮弹命中德舰的一座前主炮炮塔，炮塔顿时起火，尽管德舰上的损管人员奋力抢修，迅速控制了火势，但这座主炮却被摧毁，德舰火力因此锐减。德舰且战且走，“约克公爵”号也数次被德舰击中，主桅杆也被炸断，但弗雷泽没有丝毫退缩，仍旧猛烈攻击，又一发356毫米炮弹命中“沙恩霍斯特”号后甲板，剧烈的爆炸引发了大火，并很快波及到了上层建筑，熊熊大火使德舰在昏暗的海面上成为非常醒目的目标，“约克公爵”继续攻击，德舰连连中弹，前主炮的排烟装置被毁，炮塔里硝烟弥漫，炮手根本无法操炮；前甲板上的150毫米副炮也多被击毁；锅炉舱中弹，德舰航速开始下降，但损管人员和轮机人员拼死抢修，终于修复损伤，航速又逐渐恢复，渐渐与英舰拉开了距离。
德舰上甲板已经遍体鳞伤，上层建筑面目全非，舰员死伤累累，但仍能保持着26节的航速，只需再航行1小时就能回到挪威海岸。
但此时此刻，英舰岂肯让到手的“大鱼”轻易脱逃，4艘英军驱逐舰兵分两路，左右夹击而来，德舰迅速开火，右侧的“蝎子”号和“斯托尔德”号驱逐舰在2000米距离上各发射了8条鱼雷，“沙恩霍斯特”号的舰长欣兹上校立即指挥军舰满舵作大回转，以规避鱼雷，但还是有1条鱼雷命中舰桥下方，紧接着左侧的“索马斯”号和“野人”号也接近到1800米，分别发射6条鱼雷，德舰因为已经中了1条鱼雷，机动性降低，规避也没有刚才那样灵活，此次鱼雷攻击共有3条鱼雷命中，海水从破口大量涌入，航速下降至22节。
这时，“约克公爵”号也追了上来，它再次用威力强大的356毫米主炮猛轰，“贝尔法斯特”号和“诺福克”号巡洋舰也加入战斗，“沙恩霍斯特”号连连中弹，多处起火，全舰都被烈火浓烟所笼罩，舰员死伤惨重，顽固的贝伊仍组织最后战斗，下令将前主炮的炮弹全部运到尚能使用的后主炮，拼死抵抗。但他也意识到将难逃此劫，命令销毁所有机密文件，并致电海军总司令邓尼兹：“我舰正与敌主力战舰交战，决心战至最后一弹！”
至晚7时，“沙恩霍斯特”号的航速已降至10节，而且唯一的后主炮也被“约克公爵”号摧毁，只剩下几门150毫米副炮，几乎丧失了还手之力！弗雷泽见光靠炮火难以迅速结束战斗，也不愿宝贵的战列舰和巡洋舰在最后战斗中受损，下令战列舰和巡洋舰后撤，由驱逐舰实施鱼雷攻击。
渐渐德舰航速仅为5节，并开始倾斜，欣兹舰长见已无法挽回，只得下达弃舰命令。
此时英军数艘驱逐舰一边用炮火轰击，一边逼近德舰发射鱼雷，英军先后射出55条鱼雷，共有11条命中，猛烈的爆炸接二连三，最终引发了弹药舱的大爆炸，“沙恩霍斯特”号在经过震耳欲聋的阵阵轰鸣之后，终于化着一阵浓烟沉入了海底。英军驱逐舰随即开始营救落水德军官兵，德舰上共有约2000人，只有36人获救。
12月29日，JW—55B船队安全到达苏联科拉湾。1944年1月1日，RA—55A船队也安全抵达英国埃韦湾，这两支船队均无损失。
英军参战的两支水面舰艇编队在苏联进行修理和休整后，于4月4日返回英国。
此次作战，英国海军采取正确的战略战术，情报保障及时得力，各编队之间协同密切，配合默契，技术装备尤其是雷达性能优异，使指挥官准确掌握战场形势，官兵训练有素，在昏暗的低能见度条件下，所进行的机动和编队航行几乎与白昼毫无区别。反观德军，战术上贸然将驱逐舰分散，使战列舰失去了有效的保护，侦察保障不力，对战场情况了解极少，而且雷达性能不理想，最后还在战斗中被毁，种种原因，导致德海军威力最大、令盟军头痛的“沙恩霍斯特”葬身海底，德军所依赖的海上优势也随之土崩瓦解。
8.“提尔比兹”号的末日
随着“沙恩霍斯特”号被击沉，北极航线的态势发生了重大转折，由于该舰被击沉，北极航线遭受德军大型水面舰艇威胁的局面已不复存在，此后德军在该海域能够使用的兵力就只有潜艇、驱逐舰等轻型水面舰艇和为数不多的航空兵，大大减低了对同盟国海上运输的威胁。由此英军得以将“光辉”号航母、“伊丽莎白”号战列舰、“荣誉”号战列巡洋舰等大型军舰调往远东，加入对日作战。因此，“沙恩霍斯特”的沉没，不但对北极航线产生了直接影响，还对太平洋战场产生了间接影响。
鉴于威胁北极航线的德军大型水面舰艇只剩下“提尔比兹”号战列舰，为消除这一威胁，苏军于2月11日晚出动15架挂载1000千克重磅炸弹的重型轰炸机，飞往“提尔比兹”号的锚泊地挪威阿尔塔峡湾。由于苏军飞行员地形不熟，天色又黑，最终只有4架飞机发现德舰并实施了攻击，投下的炸弹只有1枚近失弹给德舰造成了轻微损伤。
早在1944年初，英国海军就决定在“提尔比兹”号修复被X艇所造成的损伤之前再发动袭击，力求击沉或重创它，以彻底消除对北极航线的威胁。由于德军采取了更为严密的防范措施，X艇已难再奏效，所以英军准备以航母舰载机进行攻击。计划出动2艘大型航母和4艘护航航母，搭载150架舰载机。为取得预期效果，英军组织参战的飞行员在地形与阿尔塔峡湾相似的洛奇·博奇尔湾进行了长达数月近似实战的临战训练。
1944年3月30日英国海军本土舰队司令弗雷泽上将亲自率领A编队，共有1艘大型航母、2艘战列舰、1艘巡洋舰、5艘驱逐舰。下午，比塞特海军少将率领的B编队，共有1艘大型航母、4艘护航航母、3艘巡洋舰、10艘驱逐舰，分别从斯卡帕湾启航。原计划两编队于4月3日会合，4月4日发起攻击。由于北极海出现了少见的好天气，使盟军的北极护航运输船队遭到德军攻击的危险大大增加，弗雷泽当即立断，决定提前24小时发起攻击。
4月2日，A编队与B编队在阿尔塔峡湾西北2海里处会合。4月3日，攻击编队到达攻击阵位，航母开始起飞舰载机，第一波包括21架梭鱼轰炸机、10架海盗战斗机、10架恶妇战斗机、20架野猫战斗机，共61架。考虑到德军在阿尔塔峡湾设有防雷网，所以轰炸机不携带鱼雷，而是携带炸弹，总共携有7枚720千克穿甲弹、24枚225千克半穿甲弹、12枚225千克爆破弹、4枚270千克深水炸弹。战斗机的机枪都配备12.7毫米穿甲弹，海盗式负责空中掩护，恶妇式压制“提尔比兹”的舰炮，野猫式压制岸上的高炮。舰载机编队以超低空向目标飞去。德军发出了凄厉的空袭警报，虽然德军雷达早在5时05分就发现英机，但因值班人员时耽误了时间，所以直到15分钟后才发出警报。这时“提尔比兹”正在准备出航，来不及采取损管措施，有1/5的水密门还未关闭。5时20分，英机飞临上空，此时德军没有战斗机掩护，高射炮来不及开火，烟雾也未施放，英机的轰炸非常从容，仅一分钟就投下所有的炸弹。“提尔比兹”号舰身上共命中3枚720千克穿甲弹、5枚225千克爆破弹和1枚270千克深水炸弹。由于英军飞行员为确保命中率，投弹高度偏低，因此炸弹下落速度不够大，没能够炸穿主甲板。结果主甲板上伤痕累累，多处起火。还有1枚270千克深水炸弹落到右舷海里，在水下9米处爆炸。深水炸弹在水下爆炸比直接命中更具威力，强大的冲击波使德舰右舷凹进一个长15米、宽5米，深1米的大坑，龙骨严重变形。
5分钟后，英军航母起飞第二攻击波，原本和第一波机型、数量都一样，但有一架梭鱼因引擎故障而无法起飞，另一架梭鱼在编队时坠海，这样第二波就只有19架梭鱼和40架战斗机，共携2枚720千克穿甲弹、39枚225千克半穿甲弹、9枚225千克爆破弹、2枚270千克深水炸弹。6时32分，英机飞临目标上空开始轰炸。此时“提尔比兹”已被烟雾遮掩住，军舰和岸上的高炮也猛烈射击，有一架梭鱼在投弹前就被击落，另有一架因开关失灵无法投弹，其余17架梭鱼投下了所有的炸弹，共命中1枚720千克穿甲弹、2枚225千克半穿甲弹、2枚225千克爆破弹。炸毁了首楼和1座150毫米副炮，并将上甲板炸开一个直径近2米的破洞，还有1枚近失弹炸伤了右螺旋桨。空袭中，德军高炮火力非常猛烈，仅“提尔比兹”号上的高炮就发射506发105毫米炮弹、400发37毫米炮弹、8260发20毫米炮弹，加上岸上98门高炮的射击，共击落了英军2架梭鱼和1架野猫飞机。但这点损失与德舰相比不过是九牛一毛。这次空袭，“提尔比兹”号又受到重创，舰员亡122人，伤316人。
1944年5月15日至8月，英国海军又4次出动航母，使用舰载机攻击了“提尔比兹”号，4次共出动舰载机284架次，投弹约200吨。但由于德军或是极为有效地利用烟雾掩护，或是由于恶劣天气的影响，效果微乎其微。通过这几次的攻击，英国海军觉得以舰载轰炸机使用720千克穿甲弹的攻击很难取得成效，于是便与英国空军磋商，请求空军以重型轰炸机使用重磅炸弹进行攻击，空军欣然应允，派出了最精锐的第617中队和第9中队执行这一任务。
由于从苏格兰到阿尔塔峡湾的距离超出了“兰开斯特”重轰炸机的航程，所以英便和苏联商议，借用苏军机场，获得同意后，于9月11日，第617中队和第9中队从苏格兰起飞36架“兰开斯特”转场到苏联雅戈德尼克机场，由于地球北极的磁场变化干扰了飞机罗盘正常工作，加上飞行员地形不熟，只有30架飞机到达，另外6架则因迷航而返回。
4天后，英军从苏联雅戈德尼克起飞27架“兰开斯特”号轰炸机，其中21架各携1枚5500千克穿甲弹，另6架则携182千克炸弹，没有战斗机护航，以4800米高度取西北航向直取目标。在距目标50千米处，下降到3350米高度，分为4队，以间距1600米鱼贯而入。德军高炮火力猛烈，并施放大量烟雾。使得英军投下的炸弹只有1枚5500千克炸弹命中“提尔比兹”号的首部，炸开一条长14.6米、宽9.7米的大洞。还有大量近失弹在军舰四周爆炸，强烈的震动和冲击波使舰上许多光学仪器和火控设备损毁。英军参战的27架飞机无一损失，安然返航。
由于战局恶化，德军于1944年9月23日决定中止修复“提尔比兹”，将其调往挪威特罗姆塞港，作为浮动炮台为守军提供火力支援。10月15日，4艘拖轮驶入阿尔塔峡湾，将“提尔比兹”拖往新锚地。英军一架侦察机发现其踪迹，由于当时盟军在北极海没有护航运输船队，所以英军摸不清德军的意图，没有贸然进行攻击，只是派出飞机严密监视。10月18日，“提尔比兹”号驶入新锚地特罗姆塞港林根峡湾。德军原以为新锚地水深12米，而且淤泥下是岩基，军舰只要坐底2米就是岩石层，没有翻沉危险。后来发现锚地水深17米，淤泥下是砂层，一旦进水就有翻沉危险，德军只得计划投下2.8万立方米碎石填底来作为弥补。这一工程还未完成，英军的空袭就来临了。英国空军第617中队、第9中队出动32架经过改装增加航程的兰开斯特重轰炸机，直接从苏格兰沃西默思起飞。林根峡湾不像阿尔塔峡湾两侧有山峰环抱，而且水面开阔，因此德军施放的烟雾很快被风吹散，无法有效掩护军舰。只是天气不作美，海面上空阴云密布，英军飞机根本无法进行瞄准，只好胡乱投弹，结果“提尔比兹”号只挨了一枚近失弹，并无大碍。英机在空袭中有一架飞机被击伤，飞往瑞典紧急迫降。