После гибели «Худа» немецкие корабли перенесли огонь на «Принс оф Уэллс». Английский корабль получил семь попаданий, из них четыре 380–мм снарядами, и вышел из боя через 10 минут после гибели флагмана. Немецкий линкор также получил три (по другим сведениям — два) попадания, его ход снизился на два узла, а из носовых топливных цистерн вытекла значительная часть мазута. На этом первая фаза охоты за «Бисмарком» закончилась.
По приказанию британского морского командования для перехвата немецких кораблей начали стягиваться крупные корабли, в том числе четыре линкора, два линейных крейсера, два авианосца, двенадцать крейсеров и множество эсминцев. На следующий день между «Бисмарком» и «Принс оф Уэллсом» произошла короткая безрезультатная перестрелка. Англичанам стало ясно, что немецкий линкор направляется в сторону французских баз. Перед заходом солнца для того, чтобы как‑то задержать «Бисмарк», он был атакован несколькими торпедоносцами с авианосца «Викториес». В линкор попала одна торпеда, но повреждения были незначительны. Ночью английские корабли на время потеряли радиолокационный контакт, который был восстановлен только во второй половине следующего дня. При этом выяснилось, что «Бисмарк» был один, так как «Принц Ойген» был отправлен в океан для самостоятельных действий. На пути «Бисмарка» находился только Гибралтарский отряд (линейный крейсер «Ринаун», авианосец «Арк Ройял» и легкие силы). Линейному крейсеру было запрещено вступать в бой с «Бисмарком», но было приказано максимально использовать авиацию «Арк Ройяла». Через несколько часов после обнаружения немецкого линкора с авианосца поднялось 14 торпедоносцев, но по причине дурной погоды и плохого управления они разрядились по своему же крейсеру «Шеффилд», к счастью, безрезультатно. Вторая группа торпедоносцев, атаковавшая «Бисмарк» уже вечером, достигла двух попаданий, причем одна из торпед повредила рули и винты. В результате скорость линкора снизилась до 8 уз. Ночью англичане провели безрезультатную атаку линкора эсминцами, а утром линкоры «Кинг Джорж V» и «Родней» наконец осторожно сблизились с поврежденным немецким линкором и с дистанции в 100 кабельтовых открыли по нему огонь. После часового артиллерийского боя «Бисмарк» потерял ход а артиллерия его вышла из строя. Было принято решение добить корабль торпедами, что крейсер «Дорсетшир» и сделал. Однако попадания торпед не сумели прикончить мощный линкор. Команда открыла кингстоны и сама затопила свой корабль (что подтверждено послевоенными подводными исследованиями). Всего с кораблем погибли более 2000 человек. Спасены только 110 человек.
Несмотря на свою гибель, «Бисмарк» показал возросшую живучесть линкоров по сравнению с кораблями времен Первой мировой войны. Он выдержал попадание по меньшей мере семи торпед и множества снарядов и затонул только после открытия кингстонов. Всего по «Бисмарку» англичане выпустили 32 авиационных и 51 корабельных торпед. Число снарядов калибром 133 мм и больше, которое англичане выпустили по «Бисмарку», превышает 900. (По другим данным, число снарядов, которые англичане потратили на немецкий линкор, много больше: одних только 406–мм снарядов выпущено около 380 штук, 356–мм — около 340 штук, а общее число снарядов калибром 152 и 203–мм превышает 1500.)
Так закончилась попытка немцев вывести на коммуникации в Атлантику наиболее мощный из своих линкоров. Операция по выходу в океан линкора и по его перехвату показала с обеих сторон невысокое качество разведки и далеко не удовлетворительное взаимодействие как отдельных соединений, так и родов морских и воздушных сил. Единственное, что следует отметить, так это хорошо организованную англичанами охоту за высланными в океан судами снабжения. В период между 3 и 23 июня 1941 г. в океане было перехвачено 9 судов снабжения. Из них захвачено было только 2 (танкер «Геданиа» и «Лотринген»), а остальные суда при обнаружении были потоплены. В потоплении одного из них («Гонценхейм») принял участие линкор «Нельсон».
Последнюю попытку использовать линкоры на коммуникациях в Атлантике немцы предприняли 11 июня 1941 г. «Карманный» линкор «Лютцов», направлявшийся в Атлантику, был обнаружен у берегов Норвегии и атакован английской авиацией. После попадания торпеды с тяжелыми повреждениями корабль вернулся в Киль. На этом деятельность немецких линкоров и вообще больших надводных кораблей в Атлантике закончилась. Все боеспособные крупные корабли немцев были перенацелены на действия в Ледовитом океане и близлежащих морях, на коммуникациях между Советским Союзом и союзниками.
Характер деятельности немецких линкоров на коммуникациях в Арктике существенно отличается от операций в Атлантике. Дело в том, что основные потери, понесенные союзниками в северных конвоях, были нанесены подводными лодками и авиацией. Роль германских линкоров сводилась к самому «факту присутствия», заставляя постоянно иметь в виду опасность нападения крупного надводного соединения тяжелых кораблей и поэтому включать в состав конвоев значительные силы прикрытия.