В 05:21 первый 255-килограммовый снаряд поразил надстройку крейсера; второй попал в ангар левого борта, уничтожив оба самолета и 105-мм зенитную установку. (Это, пожалуй, единственный в военно-морской истории случай 100-процентной точности артиллерийского огня.) Загорелись бочки с бензином и ящики с боезапасом для десанта. Существенной опасности для корабля пока не было: за время, необходимое норвежцам на перезарядку орудий, «Блюхер» вышел из сектора обстрела. Но тут заговорили пушки «Копоса» (капитан Энгер). Всего за пять минут в корабль попало около двух десятков снарядов, которые нанесли ему тяжелые повреждения: вся средняя часть превратилась в груду обломков, начались сильные пожары, тушению которых препятствовали взрывы сложенного во всевозможных местах боезапаса.
Сразу же командир «Блюхера» капитан 1 ранга Вольдаг приказал старшему артиллеристу капитану 3 ранга Энгельману открыть ответный огонь. Но центральный артиллерийский пост наполнился дымом, и управление огнем пришлось передать на носовой КДП, откуда из-за тумана невозможно было различить ни одной цели. Легкая артиллерия открыла беспорядочную стрельбу, но никакого вреда противнику не нанесла.
На Кахольм-Норд в это время готовилась к бою береговая торпедная батарея (капитан 2 ранга Андерсен). Хотя оборудование было примитивным — три канала с рельсовыми путями для пуска торпед без какой-либо системы наводки, а сами торпеды относились к системе чуть ли не прошлого века, но для уже поврежденного корабля этого оказалось достаточно.
«Блюхер» все еще шел 15-узловой скоростью, быстро выходя из сектора обстрела батареи в Дрёбаке, и казалось, что прорыв удался, но через восемь минут после первого попадания корабль содрогнулся от двух подводных взрывов. Аварийные партии доложили о торпедных попаданиях с левого борта. Положение корабля стало угрожающим. Обе носовые турбины вышли из строя спустя несколько минут, а вскоре главный механик капитан 3 ранга Таннеман приказал остановить и среднюю. Отказ турбогенераторов практически обесточил корабль. Наличие большого количества пожаро- и взрывоопасного груза затрудняло борьбу за живучесть. Около 06:00 произошел сильный взрыв в погребе 105-мм зениток, после чего стало ясно, что спасти крейсер не удастся, и Вольдаг отдал приказ оставить корабль. При этом с верхней части башенноподобной надстройки уцелевшим пришлось спускаться подобно альпинистам, так как все трапы оказались разрушенными. На воду спустили единственный катер и побросали все, что могло плавать. Энгельбрехт, Куммец и Вольдаг покинули корабль последними.
В 07:32 «Блюхер» перевернулся и затонул у скалистых берегов небольшого островка Аскхольм. Катер сумел сделать только один рейс, так как напоролся на скалу. Холодная вода и отсутствие необходимого количества спасательных средств привели к большим потерям. По немецким данным, погибло 125 моряков и 195 десантников. До берега добрались 38 офицеров корабля, 985 матросов, а также 538 солдат и офицеров армии.
Спустя полтора года состоялось расследование обстоятельств гибели крейсера, мало что прояснившее. Может возникнуть вопрос, почему один из славившихся своей живучестью немецких кораблей затонул столь быстро? На гибели «Блюхера» сказались несколько факторов. Первый из них состоит в том, что крейсер все же получил весьма солидную «дозу»: до двух десятков снарядов и две торпеды, причем кризис наступил в результате усиления затоплений от торпедных попаданий. Вторым важным фактором является недостаточная боевая и техническая готовность крейсера. «Блюхер» экстренно вышел в свой первый морской поход без достаточной тренировки аварийных партий, работа которых затруднялась присутствием большого количества посторонних на корабле людей и огнеопасных грузов. Все это снизило обычно очень высокую в германском флоте эффективность спасательных работ.
Но капитан 1 ранга Генрих Вольдаг уже ничего не смог сказать комиссии: 16 апреля транспортный самолет, на котором он летел в качестве пассажира, рухнул в воды Осло-фьорда…
Как только на головном «Блюхере» прогремели первые взрывы, командир шедшего вторым «Лютцова» капитан 1 ранга Тиле решил, что прорыв не удался. Он принял решение об отходе, передав распоряжение «Эмдену» и миноносцам. Средняя артиллерия его крейсера вела огонь на оба борта, но результатов не было видно. Однако артиллеристам «Копоса» удалось всадить три 150-мм снаряда в корабль, причем была выведена из строя носовая башня. Развернуться в узком проливе не было возможности, поэтому «Лютцову» и «Эмдену» пришлось выбираться задним ходом. Механики обоих крейсеров — капитаны 3 ранга Вольфганг Гюнтер и Йоганнес Бахманн — выжали из машин все. Во многом благодаря усилиям их подчиненных корабли не получили более тяжелых повреждений. После выхода из зоны обстрела норвежских батарей немцы прекратили огонь. Вскоре радисты приняли сообщение, что адмирал передает командование старшему по званию командиру, после чего радио флагмана умолкло навсегда.