Am Morgen des 27. Mai 1941 wurde die Bismarck um 7:53 Uhr von der HMS Norfolk wiederentdeckt. Der Kampfverband von Vizeadmiral Tovey an Bord der HMS King George sichtete die Bismarck gegen 8:45 Uhr. Um 8:47 Uhr eröffnete die HMS Rodney das Feuer auf die Bismarck. Eine Minute später begann die Bismarck zurückzuschießen. Die KGV eröffnete das Feuer um 8:48 Uhr, die Norfolk erst gegen 8:54 Uhr. Einer der ersten Treffer der Rodney setzte den Hauptartillerieleitstand außer Gefecht. Um 9:02 Uhr fiel der Gefechtsturm „Bruno“ durch eine Granate der Rodney aus. Die Bismarck schoss derweil mit den Türmen „Cäsar“ und „Dora“ auf die britischen Schiffe und es gelang ihr, die Rodney leicht zu beschädigen. Um 9:15 Uhr setzte ein Treffer der KGV den letzten noch funktionierenden Leitstand außer Gefecht, das Feuer der Bismarck konnte dadurch nicht mehr zentral koordiniert werden. Um 9:21 Uhr kam es in Turm „Dora“ zu einem Rohrkrepierer, der den Geschützturm dauerhaft lahmlegte. Etwa zu diesem Zeitpunkt war endgültig klar, dass die Bismarck kampfunfähig und verloren war. Daraufhin gab der Erste Offizier der Bismarck, Fregattenkapitän Oels, den Befehl, die Bismarck selbstzuversenken. Er begab sich dazu persönlich in die einzelnen Maschinenräume, um den Befehl zu überbringen. Die Besatzung machte daraufhin unter der Führung des Zweiten Leitenden Ingenieurs, Kapitänleutnant (Ing.) Gerhard Junack, welcher den Untergang überlebte, mehrere Sprengsätze klar, die mit neunminütiger Verzögerung die Seewasserkühlungsauslässe der Bismarck im Boden des Rumpfes zerstörten. Zusätzlich wurden alle wasserdichten Abteilungen entlang der Wellentunnel geöffnet, um dem eindringenden Wasser die Möglichkeit zu geben, das Schiff schnell zu fluten. Dies erklärt auch, warum die Bismarck über das Heck gesunken ist. Turm „Anton“ fiel um 9:30 Uhr aus. Um 9:40 Uhr eröffnete die HMS Dorsetshire das Feuer auf das Schiff. Die Bismarck stand zu diesem Zeitpunkt bereits vollkommen in Flammen, der Rumpf war aber noch nahezu unbeschädigt. Um 10:15 Uhr befahl Admiral Tovey seinen Schiffen den Abbruch der Kämpfe, da die Schlachtschiffe aufgrund von Treibstoffmangel dringend in britische Gewässer zurückkehren mussten. Stattdessen sollte die Dorsetshire der Bismarck den Todesstoß versetzen. Es wurden noch drei Torpedos auf die Bismarck abgeschossen, die zu diesem Überlebende werden von der Dorsetshire gerettet. Um 10:40 Uhr versank die Bismarck etwa 550 Seemeilen (etwa 1000 Kilometer) westlich von Brest.