После двухчасовой погони в 13.20 “Инвинсибл”, наконец, начал пристрелку и открыл артиллерийский огонь с дистанции 14500 м (78 кбт.) по “Шарнхорсту”. В 13.25 “Шарнхорст” и “Гнейзенау”, с л/б, в свою очередь, открыли ответный огонь по британским линейным крейсерам.
В 13.30 начался решаюший бой. Предельная дальность стрельбы британских 305-мм орудий составляла 15000-15500 м (81-84 кбт.), дистанция действительного огня 11000-13000 м (59-70 кбт.). На обоих германских крейсерах носовые и кормовые башни (по два 210-мм орудия в каждой) имели предельную дальность 16300 м (88 кбт.), а по два 210-мм казематных орудия с каждого борта – 12400 м (67 кбт.); 150-мм казематные орудия 13700 м (74 кбт.). Немцы на всех дистанциях были уязвимы для 305-мм орудий англичан, британские же линейные крейсера имели броню, непробиваемую для 210-мм снарядов на дистанции 13000 м (70 кбт.), а на меньшей и для 150-мм орудий.
В дальнейшем “Инфлексибл” стрелял, в основном, по “Гнейзенау”, но некоторое время в начале боя и по “Шарнхорсту”, когда крейсера противника поменялись местами. Первое время артиллерийский огонь “Инфлексибла” был недействителен из-за значительной дистанции -12700-11000-14800 м (68-59-80 кбт.) и большого числа незначительных изменений курса. Большое облако дыма от впереди идущего флагмана затрудняло наводку и наблюдение за падением снарядов. “Недолеты” нельзя было сосчитать, “попадания” и “перелеты” трудно было видеть. Стало ясно, что на большой дистанции требуется время, чтобы уничтожить корабли противника.
Когда дистанция уменьшилась до 11000 м (59 кбт.), немцы ввели в действие 150-мм орудия и неприятельские снаряды стали ложившиеся очень кучно. Уже в 13.44 артиллеристы “Шарнхорста” с третьего залпа накрыли флагманский “Инвинсибл”, получивший первое попадание 210-мм снарядом, но без особых повреждений.
Чтобы сбить пристрелку, в 13.44 Стэрди отвернул на два румба (20°) влево для увеличения дистанции сначала до 14500 м (78 кбт.), а в 13.54 вообще вышел за пределы дальности ведения огня. Но уже в 13.57 англичане легли на прежний курс, а с 14.05 стали уменьшать расстояние, склоняясь на SO.
За час боя к 14.00 орудия “Инфлексибла” сделали около 150 выстрелов, но в “Гнейзенау” были заметны только три попадания. Первый снаряд в 13.15 попал в заднюю часть третьей дымовой трубы и взорвался. Осколки в нескольких местах пробили верхнюю батарейную палубы, прошли в казематы 210-мм и 150-мм орудий. В результате среди состава орудийных расчетов были потери и легко повреждено одно орудие. В 13.20 второй снаряд попал в среднюю палубу вблизи заднего бронированного поста. Осколки повредили дальномер на его крыше, изрешетили два расположенных вблизи катера, во многих местах пробили палубу, проникли в офицерские каюты и кают-компанию гардемарин у кормовой батареи л/б. В этих помещениях осколки причинили большие повреждениия, но пожара не возникло. Дверь кормовой батареи л/б сорвало с петель. В 13.22 осколки разорвавшегося в воде третьего снаряда пробили бортовую обшивку над ватерлинией и изрешетили офицерские каюты, часть из них пробила борт ниже ватерлинии в районе погреба боеприпасов № 12. Погреб пришлось оставить, задраив дверь. “Гнейзенау” энергично отвечал. Но его огонь, быстрый и точный по направлению, страдал по дальности.
В 14.06 Шпее в последней попытке спасти броненосные крейсера круто повернул вправо, направляясь в воды, где можно была ожидать туманов, шквалов и пасмурной погоды. В 14.12 англичане легли на курс SSO вслед за повернувшими в 14.06 на курс S немцами.
В 14.10 расстояние достигло 13700 м (74 кбт) и флагманский “Шарнхорст”, шедший теперь впереди несколько отставшего “Гнейзенау”, прекратил стрельбу, так как “Инвинсибл” вышел из зоны досягаемости его орудий. После 14.12 обе стороны прекратили огонь.
Стэрди решил не сближаться немедленно на дистанцию решительного боя, на которой расход боеприпасов был бы наименьшим и которая обеспечила бы ему быструю победу. Причинами было желание избежать хотя бы малейшего повреждения своих линейных крейсеров и высокая выучка германских комендоров. В бою на предельной дистанции риск получить повреждения для его кораблей отсутствовал вовсе, зато расход боеприпасов наверняка должен был значительно возрасти.
В первые 30 минут боя стрельбу английских линейных крейсеров нельзя было назвать быстрой и меткой. Они выпустили 210 снарядов калибра 305-мм, но “Шарнхорст” и “Гнейзенау” получили только по два-три попадания, и ни один из них не был серьёзно поврежден. Разрушительная сила британских 305-мм снарядов оказалась гораздо меньше, чем можно было ожидать. На “Инвинсибле” одно из орудий носовой башни “А” временно перестало стрелять из-за неисправности затвора.
Погода в это время стала меняться к худшему, начались шквалы с дождем от NW 3/4. Стэрди хотя и повернул в 13.45 немного влево, но, принимая во внимание ухудшение погоды и видимости, остался на сближающемся курсе с неприятелем, после 14.00 постепенно склоняясь к SSO, и расстояние почти не менялось до 14.49, когда германские крейсера снова начали поворачивать влево, сначала курсом на SSO, а после 14.55 на Ost.
Примерно после почти 40-минутного перерыва и через полчаса, как англичане снова пошли на сближение, когда в 14.48 дистанция между противниками снова уменьшилась до 15200 м (82 кбт.), бой возобновился, и британский флагман вновь открыл огонь по “Шарнхорсту”.
Около 15.00 корабли противников сблизились на дистанцию 10000 м (54 кбт.) и шли прямым курсом на Ost. Это позволило англичанам перейти на “беглый огонь”. Так в полете одновременно находились три снаряда, выпущенные из орудий башни “Р” “Инфлексибла”. Попадания в германские корабли участились. “Гнейзенау”, который в первый период боя потерял только одного убитого и 10 раненых, теперь постоянно вздрагивал от ударов тяжёлых британских снарядов, и во многих частях корабля вспыхивали пожары. Он получил крен на л/б.
В 14.55 четвёртый снаряд попал в верхнюю палубу “Гнейзенау” между второй и третьей дымовыми трубами. Взрывом разрушило камбуз между передним и задним 210-мм орудиями каземата и радиорубку, одно 210-мм орудие временно вышло из строя. Возникло небольшое задымление в районе кормового 210-мм орудия каземате по л/б. Передача данных от дальномерного поста л/б и радиосвязь прекратились. В погребе 150-мм боеприпасов разорвало вентиляционную шахту, что вызвало в нём сильную загазованность и деформировало несколько 150-мм гильз.
В 15.02 пятый снаряд попал в палубу спардека над камбузом несколько ближе к п/б, чем четвёртое попадание. При его разрыве деформировало верхняю бронированную часть палубы, так что дверь из помещения переднего 210-мм орудия каземата п/б в камбуз невозможно было открыть. Почти одновременно шестой снаряд попал в броню каземата 150-мм орудий л/б у второго орудия. Броневая плита раскололась, но не была пробита.
В 15.07 седьмой снаряд пробил верхнюю палубу и попал в мучной склад на п16 под полубаком перед краем каземата 210-мм орудий, вызвав в нём пожар, который сразу же потушили.
В 15.10 восьмой снаряд попал в офицерскую каюту по п/б у кормовой батареи 88-мм орудий, вызвав в ней пожар.
“Шарнхорст” также сильно страдал от артогня. В его носовой части возник пожар, но крейсер продолжал стрелять с поразившей англичан быстротой и точностью: в 15.06 “Инвинсибл” получил попадание в п/б. Всплески от падавших в воду британских снарядов заливали пробоины в бортах германских кораблей, не давая пламени полностью охватить корабли, они получили значительные повреждения, но продолжали упорно сопротивляться.
