“俾斯麦”号并没有真正将燃料耗尽的危险，但由于采取了减速及其他节约燃油的措施，导致该舰的灵活性受到了限制。未能在挪威加油的错误现在已经反过来困扰吕特晏斯上将了。
吕特晏斯决定前往离他们最近的法国海岸城市圣纳泽尔（Saint-Nazaire）的干船坞进行维修。在“俾斯麦”号的火力掩护之下，他让“欧根亲王”号独自南下，以继续执行破袭海上运输船队的任务。“俾斯麦”号也向南行驶，然后转向开往法国。
丹麦海峡之战后的“俾斯麦”号，从“欧根亲王”号上拍摄
失而复得
5月25日上午3点，英国方面失去了与“俾斯麦”号的接触。英国的巡洋舰当时正在如影随形地跟踪这艘德国战列舰，但当“萨福克”号开始进行锯齿形机动时，“俾斯麦”号却突然加速，朝东绕了个圈，然后消失不见了。
吕特晏斯不知道英国人已经跟丢了他的踪迹，他于上午9点30分打破无线电静默，并向德国发去了一系列密码电报。位于英国和爱尔兰的无线电测向台截获了他的信号，确定了他的方位，并将德舰方位发送给了“乔治五世国王”号上托维海军中将的航海军官。不幸的是，这位航海军官在绘图时出错了。托维改变了航向，全速朝着错误的方向前进。
这样一来，英国人距离吕特晏斯几乎就遥不可及了。到5月26日的夜幕降临时，吕特晏斯便将处在德国空军的保护范围之内；到第二天早上，他就会进入安全的水域。然而，5月26日上午10点25分，一架“卡特琳娜”水上飞机从空中发现了“俾斯麦”号，在此之前，英军已经与该舰脱离接触整整31个小时之久了。
英国飞行员丹尼斯•布里格斯（Dennis Briggs）在法国布雷斯特以西发现了德国战列舰“俾斯麦”号，并通知了皇家海军
这艘大型战列舰此时距离法国约700英里（约1120千米）远。追歼该舰的唯一希望就落在“皇家方舟”号航空母舰上搭载的那些采用开放式驾驶舱的“剑鱼”鱼雷轰炸机身上了。“剑鱼”是一款老旧的双翼机，在挂载军械的情况下飞行速度几乎只能在100英里/小时（约160千米/小时）以下。该机被形容为是一个“用笨拙的支柱、网线和织物覆盖的圆筒子”，但这正是皇家海军当时手头上所拥有的装备。
第一次放飞“剑鱼”的努力是在5月26日下午3点进行的，这几乎导致了一场灾难：飞行员们将轻型巡洋舰“谢菲尔德”号误认成了敌人。他们混乱的攻击幸运地失败了，这主要是因为鱼雷上有问题的磁性引信未能正常工作。“剑鱼”们返回母舰进行了加油和重新挂载，这次它们使用的是更加可靠的触发引信。
5月26日傍晚7点10分，“剑鱼”再次出动了。大风狂暴地吹来，海浪高达25至40英尺（约7.6至12.2米）。当“剑鱼”起飞时，航母甲板在剧烈地起伏着，而且云层太厚以至于飞机无法保持队型。前两个飞行小队攻击了“俾斯麦”号，但并未给后者造成任何严重的破坏。
英国海军“皇家方舟”号航空母舰甲板上的勤务人员正在将一枚鱼雷挂载到一架“剑鱼”式飞机上，照片摄于1941年
击沉“俾斯麦”号
最后一个由5架“剑鱼”组成的飞行小队在晚上9点05分发动了袭击，他们以标准的对舰攻击战术发起了空袭——从约50英尺（约15.24米）的高空投下鱼雷，并将他们的瞄准点选在“俾斯麦”号前方两船长度处。林德曼舰长如果仅仅是维持原来的航向的话，那么英军的鱼雷将命中“俾斯麦”号12.5英寸（约320毫米）厚的装甲防护带，而且不会对该舰造成太大的伤害。
不过，林德曼却采取了一种规避策略——努力向左转弯。结果，那枚关键的鱼雷击中了这艘战列舰的船尾，将船舵卡死在了左12度角的位置上，并导致“俾斯麦”号只能在海面上无助地沿逆时针方向打着圈。船舵被卡得死死的，一点也动不了，舰员们也无法用水下的锯子把它切开。
英国人手头上所有可以用来发动最后一击的装备是老旧过时的“剑鱼”式双翼飞机。上图所示为一架“剑鱼”在完成了对“俾斯麦”号的鱼雷攻击后返回“皇家方舟”号航空母舰的情景
尽管德舰上的炮手们多次命中了英军的飞机，但没有一架“剑鱼”在空袭中损失。其中一架飞机机身上被高射炮火打出了175个窟窿，但大多数防空炮弹都是在没有爆炸的情况下直接从“剑鱼”柔软的帆布蒙皮中穿了出去。至于是哪架“剑鱼”完成了这最致命的一击并不确定，但普遍的记录是莫法特海军中尉（J. W. C. Moffatt）完成的。
就在“俾斯麦”号无助地在海面上打转的时候，包括“乔治五世国王”号战列舰、“罗德尼”号战列舰以及“声望”号战列巡洋舰在内的英国舰队在5月27日清晨赶到了。他们在早上8点47分开火了——从12英里开外迅速接近到2英里，最后接近到3000米，在这一距离上英军的主炮很容易击穿“俾斯麦”号的垂直装甲。
吕特晏斯上将和林德曼上校在炮战中阵亡了，他们极有可能是被“罗德尼”号9点左右打来的炮弹杀死的。“俾斯麦”号的主炮在9点30分被打哑了；到了10点钟，舰上燃起了熊熊大火。德国人担心这艘舰的残骸会被拖到英国并作为战利品展示，于是他们打开了通海阀，并引爆了舰上的沉船药包。“俾斯麦”号在上午10点40分沉没，在全部2400名舰员中只有118人幸存。