После прекращения ответной стрельбы с "Bismarck'a" британские линкоры продолжали огонь еще некоторое время, причем дистанция сократилась практически до 3 тысяч метров. Однако окончательно потопили "Bismarck" не они. Немецкий линкор с завидным упорством оставался на плову, а между тем недостаток топлива заставил адмирала Тови прекратить избиение и в 10.20 линкоры отправились в сторону Англии. Немецкий линкор находился в безнадежном состоянии и добить его было поручено крейсеру "Dorsetshire", который в 10.22 выпустил пару торпед с двух миль в правый борт линкора. Обе попали в корабль, но он еще продолжал оставаться на плаву, поэтому "Dorsetshire", перейдя на левый борт, выпустил еще одну торпеду. После взрыва этой торпеды "Bismarck" стал переворачиваться через левый борт и затонул вверх килем кормой вперед. Нос корабля исчез под водой в 10.36 утра 27 мая, когда британские линкоры уже отошли от него примерно на 10 миль. Согласно вахтенному журналу крейсера "Dorsetshire" это произошло в точке 48°10'N 15°11'W примерно в 600 милях от Бреста.
Команда "Покинуть корабль" по свидетельствам уцелевших членов экипажа на "Bismarck'e" была дана примерно в 09.30. После затопления корабля по сведениям англичан на воде держались около 600 человек. Спасение моряков из воды (довольно холодной - всего 13 градусов) осуществляли крейсер "Dorsetshire" (подобрал 85 человек) и эсминец "Maori" (поднял 25 человек). Однако они вскоре прекратили спасение немецких моряков, сославшись на обнаружение перископа подводной лодки, которой могла быть "U-74", подобравшая вечером еще троих человек. Еще через сутки, перед полуночью двоих человек подобрал немецкий рыболовный траулер "Sachsenwald". Позже в поселке с этим названием (Захсенвальд) был установлен памятник погибшим немецким морякам. Всего из состава экипажа и других находившихся на борту погибли 1977 человек, спасено только 115.
После потопления "Bismarck'a" большинство крупных британских кораблей разошлись по базам - дало знать напряжение довольно продолжительной операции, а также острая нехватка топлива. До 30 мая все крупные британские корабли из-за нехватки топлива вернулись в свои базы - все три корабля соединения "Н" в Гибралтар, "Rodney" и "Victorious", остальные в Скапа-Флоу, с заходом в промежуточные базы для пополнения топлива. При возвращении кораблей некоторые из них были атакованы немецкой авиацией, в частности, бомбардировщики утром 28 мая потопили эсминец "Mashona", шедший в паре с эсминцем "Tartar".
В такой ситуации крейсер "Prinz Eugen", успешно ускользнувший от англичан, имел все шансы провести эффективный рейд, однако неудача постигла и его. Пройдя в южном направлении крейсер утром 25 мая пополнил запасы топлива с танкера снабжения "Spichern". В его бункерах оставалось только 250 тонн из 3233 тонн, с которыми он вышел из Норвегии. Командир крейсера капитан 1-го ранга Бринкман (Kapitan zur Zee Brinkmann) предполагал соединиться с немецкими дозорными кораблями "Gonzenheim" и "Kota Penang" и провести при их поддержке рейдерство на южной части маршрута конвоев "НХ". Бринкман вполне обоснованно надеялся, что преследование "Bismarck'a" отвлечет основные силы Королевского флота, и даже те, что следовали в составе охранения транспортных судов. В этом случае крейсер мог встретить только одиночные транспорты или слабо охраняемые конвои. Организуя эти действия крейсер вел с дозорными кораблями и транспортами снабжения интенсивные радиопереговоры в течение трех дней. Бринкман понимал, что они не могли остаться незамеченными для британской службы радиоперехвата. 27 мая Бринкман записал в вахтенном журнале крейсера: "Следует отметить, что не являющийся необходимостью радиообмен, который мог быть засечен радиопеленгаторными станциями противника, раскрыл наше место". Однако операции против конвоев проведены так и не были. На корабле обнаружились серьезные неполадки в механизмах, и крейсер, к этому времени дошедший до широты Азорских островов, повернул на восток и ушел в Брест, куда прибыл 1 июня. Его приход англичанами замечен но был. И только 4 июня его обнаружили британские самолеты-разведчики.
Для немцев операция "Rheinubung" на этом закончилась. Однако Королевский флот в течение последующего месяца провел еще ряд разрозненных операций, являвшихся прямым следствием погони за "Bismarck'oм". Прежде всего это касалось уничтожения кораблей, которые должны были обеспечивать действия соединения Лютьенса. При этом оперативно-информационный центр службы военно-морской разведки выдвинул предположение, что попытка прорыва "Bismarck'a" будет связана с некоторыми другими перемещениями немецких кораблей в океане и что в северных и центральных районах Атлантики будут сосредоточены много судов снабжения. Для проведения операции их поиска были привлечены только крейсеры, эсминцы и авиация, в том числе канадская с Ньюфаундленда.
Как уже говорилось англичане не смогли обнаружить "Prinz'a Eugen'a", хотя искали его достаточно активно. Из судов снабжения и дозорных корабле, привлеченных к операции "Rheinubung", большая часть была потоплена. Первым пошел на дно танкер "Belchen", обнаруженный самолетами патрульной авиации и потопленный 3 июня британскими кораблями южнее мыса Farewell. Следующий день обрадовал англичан успехами гораздо больше. Крейсер "London" обнаружил и потопил транспорт "Esso Hamburg", а дозорный корабль "Gonzenheim", обнаруженный самолетами и застигнутый вспомогательным крейсером "Esperance Bay" был затоплен собственной командой. Оба немецких корабля должны были действовать совместно с крейсером "Prinz Eugen" и были обнаружены англичанами по данным радиоперехвата. Забегая вперед можно отметить, что позже, 12 июня благодаря этому же обстоятельству крейсером "Sheffield" был потоплен другой немецкий транспорт "Friedrich Bremme", также включенный в группу "Prinz'a Eugen'a". Немцы правильно объяснили потерю "Gonzenheim" и "Friedrich Bremme" тем, что они были перехвачены английскими кораблями во время поиска крейсера "Prinz Eugen", но абсолютно никак не связывали это с проявленной ими ранее активностью в радиопереговорах.
Но наибольшей удачей 4 июня стол захват британским эскортным судном "Marsdale" немецкого судна снабжения "Gedania", на котором были захвачены секретные документы, среди которых оказался операционный район действий подводных лодок в Северной Атлантике, маршруты следования судов захваченных в качестве призовых, а также маршруты в Бискайский залив и протраленные фарватеры портов залива. Они были использованы позже при подготовке рейда на Сент-Назер, Помимо этих документов англичане получили сведения, относящиеся непосредственно к операции "Rheinubung", включая место и время рандеву с танкером "Egerland" (пущенный на дно 6 июня эсминцем "Brilliant" и крейсером "London"), а также точное место траулера метеорологической службы "Frise", который вскоре был потоплен (немцы связывали его гибель, также как и потерю аналогичного траулера "Munchen", захваченного 7 мая британскими кораблями, с предательством норвежцев). Эти же документы облегчили британским кораблям поиск и последующий захват в июне траулера "Lauenburg", также использовавшегося в качестве метеорологической станции, и помимо этого, основываясь на них английские корабли провели поиск на маршруте следования призовых судов и захватили 15 июня танкер "Lothringen", на котором также были обнаружены секретные документы, подтвердившие ранее захваченные на судне "Gedania".
Главный морской штаб немецкого флота предусматривал некоторое взаимодействие группы Лютьенса с подводными лодками, однако как таковых совместных действий не было. Хотя в район боевых действий были отправлены с позиций несколько лодок, в операции они участия не приняли, Только лодки "U-74" и "U-556" подошли к месту гибели линкора, из них первая подобрала троих человек из экипажа линкора. Никакой помощи "Bismarck'y" они оказать не могли и вскоре ушли из этого района. 30 мая они прибыли в Лориан.
