Адмирал Лютьенс, взяв курс на юго-запад, вышел в Атлантику, «Принс оф Уэлс» и крейсера продолжали следовать, не отрываясь от него. К югу от южной оконечности Гренландии стояли 7 подводных — лодок, готовых прийти на помощь; прежде чем он достиг этого района, ему пришлось взять курс на юг, а потом на юго-запад, так как запас топлива угрожающе истощался. Это означало отказ от взаимодействия с подводными лодками. Лютьенс отпустил «Принца Ойгена», которому удалось, используя плохую видимость, оторваться от кораблей, следовавших за немцами. Однако ночью, несмотря на штормовую погоду, 8 торпедоносцев, выпущенных с «Викториеса», атаковали «Бисмарк», причем одна торпеда лопала в цель, но не причинила ущерба, ибо, вероятно, шла слишком высоко и ударилась в бортовую броню.
Позднее в ту же ночь английские крейсера потеряли противника. Но Лютьенс полагал, что за ним все еще следуют, и передал длинную радиограмму, которая позволила английским станциям на суше запеленговать его. Однако данные были переданы на флагманский корабль Тови неправильно, вследствие чего возникло представление о том, что «Бисмарк» пытается уйти назад, в Норвегию. Home Fleet семь часов подряд следовал в направлении, обратном тому, которое в действительности нужно было избрать. Между тем адмиралтейство перебросило в этот район линкоры «Родней» и «Рэмиллис», выделенные из состава прикрытия конвоя, а также «Force H» из Гибралтара, в составе линейного крейсера «Ринаун», авианосца «Арк Ройал» и двух тяжелых крейсеров. За «Бисмарком» охотилась теперь почти половина английского флота.
Через 31 час — 26 мая около полудня «Бисмарк» был замечен «летающей лодкой» всего в 700 км к западу от Бреста. Ему уступали в скорости все преследователи, включая и «Force H». «Ринаун», вооруженный всего шестью 38-см орудиями, к тому же с плохой броневой защитой, не мог вступить в бой с «Бисмарком». Настигнуть ускользающий корабль можно было, только заставив его снизить скорость хода посредством воздушных атак. Крейсер «Шеффилд» настиг «Бисмарка» и с помощью радиосигналов навел на него торпедоносцы, которые вследствие плохой погоды с трудом поднялись с «Арк Ройала». Первым они атаковали «Шеффилд», о присутствии которого не были поставлены в известность. При втором налете, произведенном уже в сумерках, две торпеды лопали в «Бисмарк». Одной торпедой так основательно заклинило ему руль, что это повреждение не удалось устранить. Из-за вестового шторма корабль не мог лежать на курсе, и его все время разворачивало, повертывая в сторону открытого моря, несмотря на противодействие машинами. В результате длившегося несколько часов боя с намного превосходящими силами противника и после того, как в него попало много снарядов и несколько торпед, он затонул утром 27 мая примерно в 450 милях юго-западнее Бреста.
Механизмы «Бисмарка» до последнего момента работали нормально. Из состава экипажа были спасены лишь немногие, в том числе несколько человек подводными лодками.
Одна из этих последних — U-556 (капитан-лейтенант Вольфарт) — накануне вечером находилась на самой благоприятной для выстрела позиции (но без торпед), между «Ринауном» и «Арк Ройалом». Та же лодка явилась свидетельницей последней фазы борьбы. Вследствие сильного волнения на море подводные лодки, имевшие торпеды, не смогли своевременно достигнуть места боя, для самолетов же расстояние было слишком велико.
«Принц Ойген» попытался вести крейсерскую войну, однако вскоре обнаружились неполадки в его машинах, и 1 июня он прибыл в Брест. Таков был печальный конец атлантических операций линкоров и крейсеров. Несомненно, что в некоторых отношениях «Бисмарку» явно не повезло. В целом, однако, стало ясно, что усовершенствование вражеской авиации, радара, радиопеленгаторов и службы наблюдения делало продолжение рейдов при отсутствии собственных авианосцев неоправдываемым предприятием. Поскольку, несмотря на специальный приказ фюрера, не было возможности построить самолеты для авианосцев ранее 1944 г., представлялось бесцельным вводить в строй «Граф Цеппелин». В конце войны он был взорван на одном из рукавов Одера близ Штеттина: впоследствии русские подняли его, но он, видимо, перевернулся при буксировке по Балтийскому морю, так как трофейные материалы, которыми была завалена расположенная высоко ангарная палуба, сместились на один борт.
Радиодальномер и радар
На решения адмирала Лютьенса, несомненно, оказывала сильное влияние хорошая работа радиолокационных приборов, установленных на вражеских кораблях, которые не давали ему возможности оторваться от английских наблюдателей. Подобными приборами были снабжены и германские корабли. На «Бисмарке» они действовали до последнего момента, это доказывается тем, что британские эсминцы, которые в последнюю ночь пытались приблизиться к почти неподвижному кораблю, чтобы торпедировать его, всякий раз наталкивались на меткий огонь с дистанции около 10 км и вынуждены были возвращаться, ничего не сделав.