我们都知道，在丹麦海峡海战结束后，皇家海军调集了所有能出动的舰艇来追歼这艘令他们蒙受巨大耻辱的德国战列舰。但当托维接到布里格斯的侦察报告时，俾斯麦的位置又让他十分头疼——乔治五世号此刻距离俾斯麦135海里，罗德尼号则距离目标125海里，他们万万没想到这艘已经多次被“重创“的德舰居然还能以16节航速逃窜。

如果想用水面舰艇截住俾斯麦的去路，那么这时托维只能寄希望于从直布罗陀出发的声望号战巡。但是两天前胡德的损失让皇家海军严令禁止战巡直接与俾斯麦交战，除非目标已经被托维的战列舰重创。万般无奈之下，追击舰队最后的希望又一次落在了劳苦功高的皇家方舟号航母身上，她在早上8点放飞的2组剑鱼成为托维打断俾斯麦最后一条腿的唯一手段。

上午11点14分，皇家方舟号的剑鱼中队根据布里格斯的情报顺利定位了俾斯麦号的位置，7分钟后，第二支鱼雷机中队也抵达了目标海域。为了确保这次不再跟丢俾斯麦，皇家方舟又放飞了两架增设副油箱的剑鱼来接替侦察。颇为整蛊的是，在这个节骨眼上，英国人还闹了一出大乌龙。下午2点40分时，皇家方舟派出的15架剑鱼把脱离大部队前出跟踪俾斯麦的谢菲尔德号巡洋舰误认成敌人，不分青红皂白地对着友军撇下了11条鱼雷，要不是英国人的磁性引信有毛病，这艘排水量不过1万吨出头的小轻巡恐怕就要被炸成碎片了。

虽然进攻行动进展得十分不顺利，但托维还是没有放弃最后一线希望，他下令赶在天黑之前对俾斯麦再发动一次空袭。由于此时谢菲尔德号已经对俾斯麦号取得了目视接触，在拥有绝对优势的皇家海军面前，俾斯麦号可以说是插翅难逃。傍晚7点15分，15架剑鱼再一次从皇家方舟的甲板上腾空而起，这一次为了保证能瘫痪俾斯麦号的动力，他们还特地把鱼雷的磁性引信换成了最可靠的碰炸引信，并且把鱼雷定深锁死在7米，确保这批鱼雷不会对俾斯麦之外的任何目标造成伤害。

英国人不知道的是，就在皇家方舟号放飞鱼雷机的时候，一艘U艇正在不远处盯着他们的一举一动。U-556号作为最早抵达俾斯麦所处位置的U艇之一，恰好就撞上了毫无防备的H舰队。此时皇家方舟和声望正在高速直线航向，所有护航舰艇都赶到了舰队前方追击俾斯麦。然而U-556却因为在之前针对HX-126护航队的行动中用光了鱼雷，只能面对英国人的活靶子干瞪眼。

晚上8点47分，库德少校带领的鱼雷机部队开始对俾斯麦号发起围攻，先后有2枚鱼雷分别命中了俾斯麦号的左舷中部和右舷尾部，导致俾斯麦号进水加剧，并且两个舵机都卡死在了向左15°的位置。汹涌灌入的海水很快淹没了俾斯麦的轮机室，甚至完全阻断了损管队前往舰尾舵机的通路，在从舰体外部潜水修理舵机失败后，有人提出了直接炸掉两个方向舵，用螺旋桨差速来控制舰体方向的提案。但是考虑到方向舵的位置过于靠近螺旋桨，水下爆破肯定会波及传动轴，因此唯一可行的方案也被林德曼舰长否决了，俾斯麦号自此彻底失去控制，只能在海面上朝一个方向打转。

不过，对于皇家海军和俾斯麦来说，战斗远未结束。尽管俾斯麦号失去了几乎全部的机动能力，但它的主炮依然可以开火。此时俾斯麦像一头发怒的野兽，开始对自己目力所及的一切目标倾泻弹药。晚上9点45分，就在吕特晏斯向司令部和西方集群发送“诀别电报“之后不久，火控官们发现俾斯麦在不断的回旋中拉近了与谢菲尔德号的距离，6发380毫米炮弹随即射向了这艘距离德舰最近的英军舰艇，突如其来的打击导致谢菲尔德号的雷达被击毁，无法继续定位俾斯麦号，为了避免遭到更多炮击，谢菲尔德不得不立即释放烟幕撤退。

可英国人显然不打算放过任何一个击沉俾斯麦号的机会，当谢菲尔德号撤退后，第四驱逐舰队趁着夜色掩护杀到了俾斯麦号眼前，哥萨克人号、毛利人号、祖鲁人号、锡克人号以及稍后赶到的波兰驱逐舰雷电号对俾斯麦展开了彻夜的雷击攻势，虽然由于暴雨天气，英军驱逐舰发射的16条鱼雷无一命中，但也极大消耗了俾斯麦号上幸存官兵的精力和士气。

有说法称，雷电号曾在围歼俾斯麦时，向俾斯麦打出灯光信号“以波兰之名”

1941年5月27日早上7点22分，随着太阳升起，俾斯麦号的命运也将迎来终结。呼啸的8级西北风卷起滔天的海浪，面对身后浩浩荡荡的追击部队，俾斯麦号仍然在以7节航速逆风行驶，企图做最后的挣扎。上午8点47分，罗德尼号的16英寸主炮在20000米的距离上率先开火，自丹麦海峡一路与俾斯麦厮杀而来的乔治五世号也紧随其后，雨点般的重炮不断落在这艘将死的巨兽身旁。

8点49分，俾斯麦号使用前部的A号和B号炮塔对罗德尼号进行反击。令人惊讶的是，在英军完全呈现火力碾压的局面下，俾斯麦号依然展现出了相当出色的炮击水准，首轮炮击就对罗德尼取得了跨射。但是随着诺福克号巡洋舰加入战斗，俾斯麦即使打的再准，也难以招架如此猛烈的攻势。上午9点02分时，英军命中了俾斯麦号的前部桅杆，瘫痪了它的前部测距仪。6分钟后，舰首的A号和B号炮塔也被瘫痪。尽管得益于德国人在战舰设计时留下的充足冗余，俾斯麦仍然可以使用后部火控室遥控剩下的C号和D号炮塔还击，但是乔治五世的14英寸炮弹在9点13分精准点掉了俾斯麦的最后一套火控设备。更雪上加霜的是，9点21分时，后部甲板D号炮塔的右侧炮管发生炸膛，俾斯麦号的主炮火力几乎完全瘫痪。

在察觉到德国人的火力减弱之后，英军战列舰开始更加大胆地进行抵近射击，罗德尼号甚至一度靠近到4000米的距离上对俾斯麦进行炮击。虽然在这期间，早已瘫痪的A号和B号炮塔如回光返照一般又对英军舰艇发射了一轮炮弹，但这依然无法阻止罗德尼进一步靠近。最终，上午9点30分时，林德曼下令打开通海阀，凿沉这艘象征着德国战争海军荣耀的战列舰。上午10点左右，在完成对舰体内部的破坏后，幸存的德国水兵开始弃船逃生，但舰艏的旗杆上，俾斯麦的战旗仍然在迎风飘扬。

10点16分时，托维接到了罗德尼号燃料不足的报告，本土舰队的主力舰不得不撤离战场。在长达74分钟的交火中，俾斯麦号经受了2876发炮弹的射击，超过200发炮弹直接命中了俾斯麦的舰体，但是直到英国战列舰撤离战场后30分钟，俾斯麦才最终完全沉入海底。

在俾斯麦号战沉之后，邓尼茨让6艘潜艇在那片海域搜寻了整整4天，希望能搭救更多的幸存者，或者打捞到一些有价值的东西，但是最终这些潜艇除了一些碎片残骸和尸体之外，什么也没发现。