Après le départ de Holland, Gensoul se retient encore, loyalement, de toute action susceptible de déclencher la foudre, tant que le plénipotentiaire n'a pas rejoint son camp. Mais Somerville est moins chevaleresque, et il fait tirer sa première salve à 17 h 56.
Gensoul donne aussitôt, avec l'ordre d'ouvrir le feu, celui d'appareiller — dans l'ordre Strasbourg, Dunkerque, Provence, Bretagne ; mais, étant donné leur inertie et l'étroitesse du plan d'eau où ils ont à tourner, les cuirassés vont rester pratiquement sur place pendant de longues minutes.
Les conditions techniques du tir ne peuvent qu'aboutir au massacre. Tout d'abord, Somerville s'est judicieusement placé de manière que ses canons prennent les cuirassés français en enfilade ; à 15 000 mètres de distance, et les buts étant immobiles ou presque, l'efficacité du tir est assurée. De plus, les obus des trois cuirassés anglais pèsent quelque 900 kilos, contre 600 kilos environ pour les obus français ; l'épaisseur des blindages d'un cuirassé étant liée au calibre de ses propres canons (puisqu'un bateau est conçu pour pouvoir se mesurer avec un ennemi de même force), les gros obus anglais causeront de gra ves dégâts aux bâtiments français, dont la puissance, offensive et défensive, est moindre. Enfin, l'entassement des Français, et la direction dans laquelle se trouvent leurs objectifs, font qu'ils se masquent mutuellement : seuls, le Dunkerque et, dans des conditions très délicates, le Provence peuvent tirer.

De fait, dès 17 h 59, la troisième salve anglaise frappe la Bretagne, déclenchant de violents incendies ; encore frappée ultérieurement, secouée par une énorme explosion, la Bretagne ne tarde pas à chavirer (18 h 09), engloutissant 977 de ses 1 120 marins. A 18 heures, une salve tombe à 50 mètres sur l'arrière du Strasbourg ; le bâtiment continue sa manoeuvre.
Le tir anglais étant réglé, les salves pleuvent : le Dunkerque, retardé dans son appareillage par de navrants ennuis avec les dispositifs de largage de ses amarres, et la Provence, obligée d'attendre le Dunkerque, encaissent très durement : incendies et voies d'eau sur la Provence, incendies, mise hors de service des deux tiers des chaudières, rupture des circuits de distribution d'électricité sur le Dunkerque ; les deux bâtiments sont obligés de s'échouer.
Le Dunkerque ayant pu tirer 40 coups de 330, et la Provence 23 coups de 340, et la baterie de 194 mm du Santon s'étant mise de la partie, l'escadre anglaise se trouve finalement encadrée de très près ; elle se dérobe alors et suspend le feu à 18 h 12 : le massacre a été consommé en seize minutes ! Si les bateaux anglais n'ont que des dégâts superficiels, quatre (ou cinq) avions de l'Ark Royal ont, été abattus.

Pendant ce temps, le Strasbourg a réussi à sortir de la rade ; les contre-torpilleurs l'ont précédé, à l'exception d'un seul : le Mogador en effet a reçu un obus qui a fait exploser toutes ses grenades anti-sous-marines et lui a arraché tout l'arrière, sans le faire couler.
Le Strasbourg, avec son escorte, fait route le long de la côte algérienne, à 25 noeuds (une des chaufferies a été avariée par des éclats). Bien que son échappée lui ait été signalée depuis longtemps par des avions de l'Ark Royal, Somerville ne se décide qu'à 18 h 38 à le poursuivre. S'il fait envoyer contre lui six avions torpilleurs, qui manquent leurs attaques, il ne fait même pas donner toute sa vitesse au Hood ; et il fait demi-tour, vers Gibraltar, à 20 h 25. Le Strasbourg rallie Toulon le 4 juillet au soir.Quant au Commandant-Teste, il est presque indemne ; ses embarcations sont les plus actives dans le sauvetage des rescapés de la Bretagne.