Летчикам второй ударной волны, состоявшей из 15 самолетов, было предписано предварительно установить местонахождение «Шеффилда» и лишь после этого атаковать «Бисмарк». На этот раз магнитные взрыватели были заменены контактными, глубина погружения торпед была установлена на десять футов. Старая технология оказалась более надежной. «Бисмарк» уклонился от первых сброшенных торпед, но как раз в этот момент его атаковали сразу три самолета. Одна торпеда «пробила большую дыру в корме в области руля». В результате взрыва, судя по всему, разошелся сварной шов бронированной плиты номер 10. Был поврежден правый гребной винт, рулевые тяги и руль.
К тому времени, как самолеты вернулись назад к авианосцу, стемнело, волнение не утихало. Все «Содфиши» возвратились домой, несмотря на то что большинство из них пострадали от зенитного огня и многие получили повреждения при посадке. На одном самолете насчитали 175 пробоин. Ни один из экипажей не доложил о том, что его торпеда попала в цель. Известие о том, что действия авиации не принесли успеха, было воспринято со смешанными чувствами. Командующий соединением адмирал Тови никогда не придавал особого значения торпедонесущей авиации; командир подошедшего на помощь линкора «Родней» лично обратился к экипажу корабля по внутренней радиосети, чтобы сообщить о неудаче атаки с воздуха.
И все же торпедоносцы атаковали «Бисмарк» не зря. Первым указанием на это явилось изумившее всех сообщение «Шеффилда» о том, что немецкий линкор, сделав гигантский разворот, лег на противоположный курс. Адмирал Тови, не поверив в это, язвительно отозвался о радистах «Шеффилда». Однако они были правы. «Бисмарк» попал в отчаянное положение. С неисправным рулевым управлением линкор мог двигаться только по огромному кругу. Спустить водолазов для того, чтобы освободить заклинивший руль, при сильном волнении оказалось невозможно. Предложение освободить его с помощью взрыва было отвергнуто, так как это неизбежно привело бы к повреждению тщательно сбалансированных гребных винтов.
Понимая, что пробил последний час, адмирал Лютьенс передал сообщение командованию флота: «корабль неуправляем» и лично Гитлеру: «Мы будем сражаться до конца с верой в вас, мой фюрер!» Ночью «Бисмарк» атаковали четыре эсминца, один из которых был польским. Но немецкий радар в который раз доказал свою эффективность: даже в темноте линкору удалось уклониться от всех торпед. Однако исправить рулевое управление не удавалось.
Впоследствии нашлись люди, предположившие, что меланхоличный Лютьенс искал смерти. Вначале он провел «Бисмарк» и «Принц Ойген» не Кильским каналом, а проливом Каттегат (между Швецией и Данией), где огромный линкор обязательно должны были заметить шведы; затем, вопреки советам штаба, он направился в Датский пролив, где плавучие льды и минные заграждения оставляли лишь узкий проход и англичане могли без труда предсказать его действия; потопив «Худ», Лютьенс не стал добивать «Принс оф Уэльс», после чего у него была бы возможность спастись. Оторвавшись от преследования, он передал длинное сообщение, позволившее Королевскому флоту определить его местонахождение. Уцелевшие немецкие моряки утверждают, что Лютьенс, покидая норвежский порт, отказался заправлять до отказа топливные баки.
Во время последней долгой ночи «Бисмарка» было решено спустить с помощью катапульты три уцелевших самолета «Ара-до Ар-196», чтобы они доставили во Францию судовой журнал и другие документы. Экипажу предложили написать домой, и было собрано много писем. Лютьенс попросил у Берлина разрешение наградить старшего артиллерийского офицера «Рыцарским крестом» за потопление «Худа», и в 4 часа утра состоялась церемония награждения. Но с рассветом, когда первый «Арадо» загрузили почтой, выяснилось, что катапульта получила неисправимые повреждения и самолеты запустить нельзя. В семь утра расстроенный Лютьенс попросил, чтобы за судовыми документами прислали подводную лодку, но субмарина «U-556», которой была поручена эта задача, в тот момент находилась в погруженном положении, и приказ дошел до нее только в 10 часов. К этому времени к месту действия прибыли линкоры «Родней» и «Кинг Джордж V» (однотипный «Принс оф Уэльс»). Один из первых английских снарядов попал в адмиральский мостик «Бисмарка», и Лютьенс был убит. «Родней» открыл по немецкому линкору огонь в упор, делая залпы бортом сразу из всех девяти 16-дюймовых орудий вместо обычных залпов по четыре-пять орудий. «Бисмарк» так и не был потоплен, но в корпусе «Роднея» вылетели многие заклепки, к тому же был сильно поврежден передний мостик, и линкору пришлось отправляться на ремонт на верфь в Бостоне.
В 9.25 с борта «Арк-Роняла» взлетели самолеты с приказом потопить «Бисмарк» торпедами, но, когда они подлетели к месту боя, английские корабли не прекратили огонь, что делало невозможным заход на цель на маленькой высоте. Летчики обратились к Тови с просьбой сделать перерыв на время воздушной атаки, но единственным ответом на это явилось переданное с линкора «Кинг Джордж V» предупреждение, что по самолетам будет открыт зенитный огонь. Похоже, адмиралы, чьему сердцу были столь дороги большие корабли, были полны решимости не позволить потопить «Бисмарк» летчикам, даже несмотря на то, что это была морская авиация с авианосцев.
К месту действия подтягивались все новые и новые английские корабли, выпускавшие по «Бисмарку» торпеды, но тот никак не тонул. В 10.44 командующий соединением передал полный отчаяния приказ: «Всем кораблям, имеющим торпеды, выпустить их по «Бисмарку». В конце концов команда немецкого линкора решила завершить дело сама. Была взорвана крюйт-камера, и «Бисмарк» превратился в «адское горнило». Ослепительный огонь, пылавший внутри, был виден сквозь многочисленные пробоины от снарядов». Лишь после этого «Бисмарк» умер. «Когда он перевернулся вверх килем, — с гордостью писал один из спасшихся немецких моряков, — мы увидели, что подводная часть корпуса не повреждена торпедами». Немцы так и не спустили флаг. В 11.07 крейсер «Дорсетшир» передал сообщение: «Торпедировал «Бисмарк» в оба борта, после чего он затонул. Неприятель прекратил огонь, но флаг не спустил». «Содфишам», которым так и не позволили вступить в бой, пришлось сбрасывать торпеды в море, так как садиться на палубу авианосца с ними очень опасно.
Несмотря на то что вокруг «Бисмарка» скопилось так много английских боевых кораблей, немецкая подводная лодка «U-74» была полна решимости пробиться к линкору и помочь ему или хотя бы забрать его судовые документы. Но она прибыла на место действия слишком поздно. «Бисмарк» уже затонул, поверхность воды была покрыта мазутом из топливных баков, обломками и плавающими людьми. Перископ немецкой субмарины заметил наблюдатель одного из английских кораблей, подбиравших спасшихся моряков с «Бисмарка». Немедленно был подан сигнал тревоги, и английские корабли ушли, оставив немецких моряков без помощи. «U-74» спасла троих, англичане 107 человек. Еще двоих подобрал другой немецкий корабль «Заксенвальд». Все остальные члены команды, насчитывавшей 2400 человек, погибли.
В 13.22 командование Западной военно-морской группы послало «Бисмарку» сообщение: «Агентство «Рейтер» утверждает, что «Бисмарк» потоплен. Немедленно доложите обстановку». Но в это время линкор уже лежал на дне на глубине 15 317 футов.
«Принц Ойген» 1 июня благополучно пришел в Брест. Трагедия «Бисмарка» убедила немецких адмиралов — и Гитлера, убедить которого было гораздо проще, — что Атлантический океан превратился во внутреннее англо-американское озеро, в котором подводные лодки еще могут выжить, но надводные рейдеры не имеют никаких шансов. С этого момента вся германская судостроительная промышленность была перенацелена на строительство и ремонт подводных лодок.
Королевский военно-морской флот, воспользовавшись действенной помощью британского министерства информации, преподнес происшествие с «Бисмарком» как величайший триумф. Но кое-кто придерживался иного мнения. Черчилль считал, что английский флот действовал пассивно. Он пытался уговорить первого морского лорда и начальника штаба ВМФ предать командующего соединением адмирала, находившегося на борту «Норфолка», и командира линкора «Принс ов Уэльс» военному трибуналу за то, что они позволили «Бисмарку» беспрепятственно уйти на юг. Этому решительно воспрепятствовал командующий флотом метрополии, и Черчилль вскоре сам осознал, как повредит подобное судебное разбирательство боевому духу англичан.
