Немцы вошли в боевое соприкосновение с PQ-11 в 12.45 1 мая. Конвой держался среди тяжёлых дрейфующих льдов у кромки ледяного поля для защиты одного борта. Это позволило защитникам сосредоточиться на отражении атаки. Корабли эскорта имели, в лучшем случае, четырёхдюймовые орудия, и они были спроектированы для отражения атак подводных лодок, а не надводных кораблей. Однако четыре британских корабля проявили инициативу и дерзко атаковали превосходящего противника — «Амазон» был подбит, а «Бульдог» слегка повреждён, но ярость и смелость атаки отогнали врага. Пять или шесть раз немцы атаковали, но каждый раз были отбиты и не смогли прорваться к конвою. В 20 часов, израсходовав ⅔ боезапаса, они прекратили атаки и отступили, чтобы заняться «Эдинбургом». Конвой же подвергся первой торпедной атаке самолётов «Хейнкель-111», проносившихся от горизонта, как мотыльки, и сбрасывавших по две торпеды каждый. Но единственной потерей стал советский пароход «Циолковский», потопленный торпедой с эсминца Z-24 или Z-25. PQ-11 продолжил движение и больше не подвергался нападению.
На «Эдинбурге» весть о том, что «Шеер» в гавани, подняла моральный дух. Постепенно, имея «Рубин» на буксире с правого борта, а «Госсамер» с левого, мы продвигались вперёд. Я был на центральном посту связи, когда поступил сигнал о приближении немцев. Им оставалось пройти 150 миль, и мы ждали их между пятью и шестью часами. Все были настолько заняты приготовлениями к бою, что, мне кажется, мысль об его исходе не приходила людям в голову. Это было хорошо для морального состояния команды. Не исключалась вероятность того, что крейсер, полный золота, будет захвачен и отбуксирован в Петсамо. Поэтому я провёл ночь, готовя кодовые и шифровальные книги к уничтожению, складывая их в отягощённые грузами сумки и коробки. В течение ночи напряжение усилилось, и в шесть часов орудийный выстрел с «Харриера» возвестил о приближении трёх вражеских эсминцев. Буксирные концы были отданы, «Рубину» и тральщикам было приказано отойти из непосредственной зоны боя. «Эдинбург», не способный управляться, широкими кругами двигался на своей максимальной скорости — восемь узлов.
Дым и порывы снежного шторма накрыли поле боя. На «Эдинбурге» пригодными к действиям были только носовые шестидюймовки и только с местным управлением, так как сложное вспомогательное оборудование вышло из строя. Кроме того, крейсер не мог маневрировать для обеспечения огня своих оставшихся орудий. «Форесайт» и «Форестер» были очень слабо вооружены по сравнению с противником. Теоретически у нас не было никаких шансов.
Немецкий план был основан на уклонении от огня «Эдинбурга» и приближении к нему развёрнутым фронтом на дистанции 3000 метров друг от друга. Затем предполагалось повернуть и выпустить одновременно по четыре торпеды, от которых крейсер едва ли мог уклониться. Эсминцы после торпедной атаки должны были укрыться за дымовой завесой, снегом и туманом и заняться тральщиками. В 6 часов 24 минуты немцы вышли в точку торпедного залпа, но в этот момент снежный заряд скрыл от них «Эдинбург».
А на «Эдинбурге» в это утро заметили, что по какому-то капризу природы на снежном облаке появлялся призрачный силуэт за одну-две секунды до появления из него корабля, давая таким образом нам своевременное предупреждение. Первым появился «Шеманн», и «Эдинбург» открыл огонь. Первые три 152-мм снаряда легли в 100 метрах по корме эсминца, но два снаряда из второго залпа попали в оба турбинных отделения. Обе турбины остановились, электропитание исчезло, и корабль был парализован. Z-24 поспешил на помощь и начал снимать команду. «Форесайт» и «Форестер» с самого начала атаковали, чтобы отвлечь огонь от крейсера. В результате нескольких стычек «Форестер» получил попадание снаряда, убившего командира и ещё 10 человек, а «Форесайт» потерял девять человек убитыми в результате 4 попаданий. В 6 часов 48 минут Z-25 выпустил в «Эдинбург» четыре торпеды. Две прошли под килем «Форестера», но дальше одна из них прошла до крейсера и попала на этот раз в левый борт. В свою очередь, Z-25 получил попадание в радиорубку. Оба тральщика потеряли ход, а «Эдинбург» был ещё сильнее повреждён. Решительная атака немцев ещё могла принести им победу. <…>
Бой и спасение экипажа немецкого эсминца продолжались примерно до 8 часов 15 минут, когда четыре британских тральщика, развернувшихся строем фронта, приблизились к месту боя. Видимо, немцы приняли их за эсминцы. Подняв на борт 224 человека, немцы поспешно отступили, а море поглотило «Шеманна». Они оставили на катере и плотах ещё 56 человек, потеряв 13 человек убитыми. Позже в тот же день этих 56 человек подобрала U-88.
Находясь на посту связи, я слышал взрыв торпеды, но он был слабее предыдущих, так как сливался с орудийными залпами, а корабль имел ощутимый крен. Торпеда попала в середину крейсера, буквально разрезав его пополам. Теоретически корабль должен был разломиться пополам, но сила взрыва пришлась по затопленным отсекам и подняла палубу, не разрушив бортов. Снова были личные трагедии. Старшего кока, кормившего раненых и нас при ограниченных возможностях, видели последний раз выброшенным за борт. Я и ещё один шифровальщик закрыли пост, закончили выбрасывать за борт секретные книги и покинули помещение. Так как на мне была только лёгкая одежда, я забрал с того места, где спал, одеяло и вышел на палубу. Третья торпеда оказалась роковой…»
После атаки немцев крен на левый борт «Эдинбурга» стал быстро увеличиваться и вскоре достиг 17 градусов. Несмотря на предпринимаемые меры, он всё продолжал увеличиваться. Ситуация была закритической. Контр-адмирал Бонэм-Картер приказал Фолкнеру снимать с корабля экипаж. 440 человек перешли на «Госсамер», остальные 350 — на «Харриер». Последними крейсер покинули командир и контр-адмирал. 800-тонные тральщики оказались настолько перегруженными, что все личные вещи и ценное оборудование пришлось оставить на борту обречённого крейсера — с собой офицеры взяли только бинокли, вахтенный журнал и списки личного состава.
Чтобы как можно скорее продолжить путь (а основания спешить были: повреждённые эсминцы и перегруженные тральщики в случае встречи с неприятелем не имели никаких шансов спастись), Бонэм-Картер приказал добить дрейфующий «Эдинбург».
«Харриер» с малой дистанции сделал 20 выстрелов в район ватерлинии, но никакого результата это не дало. Затем рядом с крейсером сбросили две серии из 24 глубинных бомб, установленных на малую глубину, увы, опять без какого-либо эффекта. Тогда выполнить печальную миссию поручили эсминцу «Форсайт». С дистанции 1350 метров была выпущена торпеда, попавшая в левый борт в районе второй трубы. Четвёртый подводный взрыв стал для крейсера смертельным в 8 часов 52 минут он исчез под водой.
В письме своей жене 13 мая контр-адмирал Бонэм-Картер писал: «Мне удалось снять всех офицеров, кроме двух, которые были убиты, и около 800 рядовых из 850. «Эдинбург» тонул очень медленно, и так как германские эсминцы находились всё ещё поблизости, я приказал нашему эсминцу «Форсайт» выпустить по «Эдинбургу» торпеду. Через две минуты он затонул».
Из воспоминаний матроса крейсера «Эдинбург» Джона А.П. Кеннеди:
«Котельное отделение «А» постепенно было затоплено, и пара не хватало. Бой ещё продолжался, но вода продолжала поступать, и был отдан приказ покинуть корабль. Я был ещё внизу, когда это произошло. Немцы были слишком заняты спасением своих, когда «Хуссар» поставил дымовую завесу. «Госсамер» подошёл к нашему правому борту, а «Харриер» — к левому.