Германская эскадра под флагом адмирала Силиакса вышла из Бреста в 22 ч 45 мин 11 февраля. Ночь была темной, дул легкий юго-западный ветер, по небу плыли рваные облака. Сразу после полуночи три немецких корабля, идя 27‑узловым ходом, обогнули остров Ушант и направились в Ла-Манш. Немцы шли под защитой береговых батарей Нормандских островов. В 5 ч 30 мин 12 февраля они миновали остров Олдерней и затем повернули еще восточнее.

На рассвете над германской эскадрой появилась первая группа воздушного прикрытия в составе 16 истребителей. Британский патрульный самолет «Хадсон», высланный для патрулирования в районе Бреста, в 19 ч 30 мин 11 февраля вернулся на базу из-за неисправности радиолокатора. Через два часа тот же экипаж вылетел в район патрулирования на другой машине. Самолет патрулировал почти до полуночи, пока его не сменил другой «Хадсон». Послевоенным анализом установлено, что лишь в течение нескольких минут ранним утром 12 февраля германские корабли находились в зоне действия радиолокатора этого самолета, но контакт с ними установлен не был.

Немецкие линкоры и «Принц Ойген» вошли в Канал после полуночи, по-прежнему держась в зоне действия батарей Атлантического вала. На 27‑узловой скорости они прошли вдоль французского побережья и в 6 ч 30 мин в районе Шербура к ним присоединилась флотилия миноносцев.

Тесное взаимодействие флота и авиации обеспечивалось генералом Адольфом Галландом, который на каждый крупный корабль назначил для связи офицера люфтваффе. Чтобы дезориентировать английские радары, самолеты люфтваффе кружились над самыми мачтами своих кораблей. Кроме того, немецкие самолеты мешали работе британских радаров, сбрасывая отражатели из фольги. В 13 ч 00 мин эскадра без сопротивления прошла скалы Дувра, но спустя 34 минуты ее атаковали шесть торпедоносцев «Суордфиш» в сопровождении истребителей «Спитфайр». Мощное воздушное прикрытие связало боем «Спитфайры», а тихоходные торпедоносцы подверглись атакам других самолетов и мощному зенитному огню кораблей. Все шесть самолетов были сбиты, так и не добившись попаданий.

В 11 ч 55 мин из Дувра вышли пять британских торпедных катеров. Через 30 минут они обнаружили эскадру противника и атаковали ее торпедами с дальней дистанции, не пройдя завесу эскортных кораблей. Все торпеды прошли мимо.

В 12 ч 25 мин вышли еще три торпедных катера. Они обнаружили только эскортные корабли, но из-за ухудшившейся погоды и неполадок с моторами повернули назад, так и не выпустив торпеды.

Авиация берегового командования с острова Торней также нанесла несколько ударов по германским кораблям. Между 15 ч 40 мин и 18 ч 00 мин четыре самолета «Бофорт» 217‑й эскадрильи атаковали противника, но безрезультатно. В 15 ч 30 мин девять «Бофортов» 42‑й эскадрильи с аэродрома в Льюзарсе с подвешенными торпедами вместе с пятью «Хадсонами», нагруженными бомбами, в сопровождении истребителей с Мэнстона пошли на цель. Семь торпедоносцев и несколько бомбардировщиков атаковали немецкие корабли, но попаданий не добились.

В 17 ч 40 мин двенадцать самолетов «Бофорт» без истребительного прикрытия вылетели из Сент-Ивэла в район цели. К моменту прилета в назначенный район уже наступили сумерки. Англичане не атаковали противника, но потеряли две свои машины.

Всего в атаках на соединение участвовало 242 английских самолета, из которых на цель смогли выйти всего 39. Хотя в крупные корабли попаданий не было, два корабля эскорта получили осколочные повреждения и были вынуждены вернуться в базы.

В 16 ч 17 мин пять британских эсминцев вышли в безрезультатную атаку на «Гнейзенау» с дистанции 3700 м. Линкор открыл огонь из 28‑см орудий девятиорудийными залпами. Затем к нему присоединились 20,3‑см орудия «Принца Ойгена». Один из эсминцев — «Уорчестер» — сблизился на дистанцию 2200 м, но, пораженный 28‑см и 20,3‑см снарядами, остановился, оказавшись в течение 10 минут под концентрированным огнем немецких кораблей.

На «Гнейзенау» из-за сильного ветра, гнавшего собственный дым в сторону цели, с трудом различали всплески от своих снарядов, что, возможно, спасло «Уорчестер» от гибели. Тем не менее он получил тяжелые повреждения надстроек, лишился обеих мачт. Несколько 28‑см снарядов прошили его корпус насквозь, оставив в бортах огромные пробоины. Сильный обстрел и плохая погода помешали британским эсминцам провести решительную атаку.

Тем временем давший ход «Шарнхорст» отстал от главных сил на 23 км. В 16 ч 08 мин состоялась атака, в которой приняли участие около ста бомбардировщиков «Гудзон» и «Бофорт». Попаданий в корабли опять не было, а немцы сбили не менее пяти самолетов.

В 18 ч 06 мин один из британских торпедоносцев прорвался сквозь плотный зенитный огонь, но выпущенная им торпеда шла близко к поверхности, и корабль смог от нее уклониться.

С наступлением темноты соединение в течение 30 минут подвергалось атаке бомбардировщиков «Веллингтон», которых удалось отогнать, сбив несколько машин. Налеты немного задержали продвижение немецкого соединения, так что британская авиация успела поставить мины в устье Эльбы и на подходе к Кильскому каналу.

На одной из мин, сброшенных несколькими днями ранее около Тершеллинга (Голландия), в 19 ч 55 мин подорвался шедший 27‑узловым ходом «Гнейзенау». Взрыв пришелся перед кормовой башней, в результате в корпусе образовалось несколько вмятин, некоторые сварные швы и листы обшивки дали трещины. Произошла потеря мощности средней турбины, и командир приказал остановить корабль. Коридор правого гребного вала оказался затопленным, центровка вала нарушенной, из-за чего разбило некоторые набивочные сальники. Началась фильтрация забортной воды внутрь корпуса, но крен и дифферент оказались незначительными. Щели в сальниках быстро заделали непористым материалом, а поступившую воду стали откачивать помпами. От удара вышло из строя некоторое навигационное оборудование, но орудия и механизмы не пострадали. Через 30 минут корабль дал ход и на малой скорости продолжил движение. В 3 ч 50 мин 13 февраля «Гнейзенау» вместе с двумя эсминцами стал на якорь в Гельголандской бухте.

Успеху прорыва во многом способствовало взаимодействие с люфтваффе, выделившего для воздушного прикрытия 252 истребителя. Это был один из немногих случаев успешного взаимодействия люфтваффе и кригсмарине. Это почувствовали и англичане, потерявшие в налетах на прерывавшуюся «брестскую эскадру» более 40 самолетов.

«Гнейзенау» покинул якорную стоянку, чтобы вместе с «Принцем Ойгеном» перейти в Киль. Вход в Кильский канал был блокирован тяжелым льдом, из-за чего оба корабля задержались в Брунсбюттеле. При маневрировании в гавани «Гнейзенау» ударился о подводную скалу, получив пробоину перед выходом правого вала из корпуса. Снова затопило коридор гребного вала, а при маневрировании во льдах повредило лопасти гребного винта, который требовалось заменить.

В конце концов, «Гнейзенау» прошел в Киль, где на военной верфи начал ремонт. Работы закончились 26 февраля, а выход в Норвегию намечался на 6 марта. Корабль погрузил боезапас и был готов к доковым испытаниям. Однако в ночь на 27 февраля его атаковали британские бомбардировщики. Одна 454‑кг бронебойная бомба под углом 20° к вертикали ударила в верхнюю палубу между правым и средним орудиями носовой башни, в полутора метрах от диаметральной плоскости. Она взорвалась в неприкрытом отверстии небольшого вентилятора, и раскаленный осколок воспламенил несколько зарядов в погребе. В результате взрыва серьезно пострадала башня и погреб, а пожар охватил заряды в отделении готового боезапаса. Силой взрыва сбросило крышу башни, а всю вращающую структуру приподняло на полметра, а затем бросило на роликовый погон. Это выяснили при обследовании повреждений, когда оказалось, что некоторые боевые посты, обычно не мешавшие вращению башни, оказались повреждены. Дальнейшая проверка показала, что ролики, по которым при повороте катилась башня, выскочили из неподвижной обоймы и в беспорядке лежали на ней.