После того, как с них сняли защитный крышки, объективы визиров и дальномеров мгновенно покрылись ледяной коркой от снега и брызг. Пришлось для первых залпов ориентироваться на данные радиолокатора, однако артиллеристы не могли наблюдать падения своих снарядов, поэтому 150-мм калибр прекратил стрельбу после первого же залпа, а огонь главного продолжался практически вслепую до 11.48. Англичане отвечали из смешных 102-миллиметровок с трех эсминцев типа «О» — «Обидиент», "Оруэлл" и «Обдьюрейт», давая постоянные недолеты. В 12.00 видимость чуть улучшилась, и "карманный линкор" дал еще несколько залпов из обоих калибров (претендуя на попадания из 150-мм, не подтвержденные англичанами), но спустя 5 минут огонь опять пришлось прекратить: с одной стороны, конвой закрыла дымзавеса, с другой — обстановка вообще кардинально изменилась.
Несмотря на нерешительность и излишнюю осторожность, судьба конвоя оставалась под серьезнейшей угрозой. Однако тут на сцене появилось дальнее прикрытие: 12-орудийные легкие крейсера «Шеффилд» и «Ямайка» под командованием контр-адмирала Бэрнета. Внезапность и удача оказались полностью на стороне англичан. Прекрасно использовав РЛС, крейсера Бэрнета вышли на дистанцию визуального контакта и открыли сильный и точный огонь с 6 миль, добившись трех важных попаданий в «Хиппер», орудия которого в то время оставались наведенными в другую сторону — на конвой. Флагман получил довольно серьезные повреждения (затоплено котельное отделение, возникли сильные пожары в районе ангара), и Кюммец решил отвернуть и уходить. В 12.03 Штанге получил приказ на отход, который не замедлил исполнить. Он взял курс на запад, но спустя 18 минут справа по курсу открылись 2 корабля, принятые сначала за свои. Ошибка обнаружилась быстро: все те же «Шеффилд» и «Ямайка» едва не повторили свой успех, открыв точный и плотный огонь. Дистанция составляла около 8 миль: слишком много для точной стрельбы 6-дюймовок, но вполне «комфортабельно» для 283-миллиметровок "карманного линкора". Имелся неплохой шанс отомстить за флагмана и походя потопленный к тому времени эсминец «Экольдт». Но «Лютцов» вновь начал стрелять только 6 минут спустя (обоими калибрами, главным и вспомогательным), и снова Штанге посчитал, что находится в слишком опасном с точки зрения торпедной атаки положении! Он отвернул в сторону от противника, считая, что легко отделался: снаряды англичан падали у самых бортов. Бэрнет предпочел не отдаляться от конвоя, и вполне обоснованно не стал преследовать отходящих (скорее — бегущих) немцев.
В итоге операция «Регенбоген» оказалась явной неудачей немцев во всех отношениях: стороны потеряли по эсминцу, «Хиппер» остался без "крейсерского хода" до конца службы. Но, главное, имея даже по самой заниженной оценке как минимум равные силы, рейдеры Кригсмарине совершенно не смогли выполнить задачу. Вклад «Лютцова» составлял выпущенные "в молоко" 86 снарядов главного калибра и 76 вспомогательного. Штанге проявил максимальную пассивность, вызванную, как посчитало командование флота, в основном осторожностью и опасениями за свой корабль. (Кстати, в последующей политической суматохе его не пытались никак наказать или хотя бы высказать порицание). Что самое важное, эта, в сущности, достаточно рядовая тактическая неудача имела тяжелейшие последствия. Руководители ВМФ предпочли не торопиться с представлением данным о бое Гитлеру, составляя наиболее «обтекаемый» доклад. "Вождю нации" пришлось ознакомиться с неутешительными результатами "новогоднего боя" по сообщению британского информационного агентства «Рейтер». Фюрер окончательно потерял веру в моряков своего "большого флота" и решил больше не выпускать крупные боевые корабли в океан, взяв курс исключительно на использование подводных сил.