15时45分，日德兰海面，英德海军的两支前卫舰队成同向异舷的航行状态，由于贝蒂在速度上稍快一些，他和希佩尔的距离越来越近。与此同时，双方的主力舰队——杰利科距此约20海里，舍尔距此约40海里。但在希佩尔的引诱下，贝蒂逐渐向舍尔所在的海域接近，而他自己却浑然不知。当然，希佩尔也不知道在贝蒂舰队之外，还有一支由杰利科海军上将亲自率领的规模更庞大的英国舰队也正向这里驶来。15时48分，希佩尔命令各舰向2100米之外的贝蒂舰队开火，随着德舰发出的第一批炮弹，双方前卫舰队之间的战斗终于打响了。
由于德舰采用了先进的全舰统一方位射击指挥系统，火炮命中率远远高于英舰。另外，德军的穿甲弹也优于英军。双方交火后，德舰的第一次齐射就命中了贝蒂的舰队，贝蒂的旗舰“狮”号频频被击中。16时，一枚穿甲弹洞穿“狮”号中部炮塔，并在塔内爆炸，引燃了火药袋。就在千钧一发之际，双腿已被炸断的炮塔指挥官福杰·哈维少校挣扎着通过传声管下令向弹药舱注水，才使2.6万吨的“狮”号免遭覆没的厄运。战后，哈维少校被授予维多利亚十字勋章。
然而，贝蒂的恶运并未结束。16时05分，英1.9万吨的战列巡洋舰“不屈”号被德舰的两枚穿甲弹击中，发生了惊人的大爆炸，不久就连同舰上的1017名官兵沉没了。之后，希佩尔下令集中火力猛轰英战列巡洋舰“玛丽皇后”号，使这艘2.635万吨的超级无畏战舰连中数弹，爆炸后一折两段，迅速沉没，全舰1275人仅有9人生还。
短短几十分钟内，英战列巡洋舰两沉一伤，而德军只损失了两艘小型驱逐舰。力量对比迅速发生逆转，英军的形势岌岌可危。就在这个关键时刻，掉队的4艘英战列舰赶到，巨炮怒吼，弹如雨注，总算把贝蒂从困境中解脱出来。
在英战列舰大口径火炮的轰击下，德国舰队有些顶不住了，希佩尔指挥他的战舰，向东边打边撤，贝蒂紧追不舍。直到发现迎面而来的德国大洋舰队主力时，才发觉上当，急令他的舰队北撤，同时向杰利科发电呼救。舍尔见状下令舰队全线追击。如出一辙的计划，出现了如出一辙的现象，舍尔万万没有想到，自己钓上的“鱼”，正是他人布下的诱饵。此前舍尔根本不知道巨大的威胁就在附近，他向整个舰队下达了全线追击的命令。希佩尔则复仇心切，转身率领他的舰队冲在最前面。贝蒂凭借着速度优势，落荒而逃。在这场近3个小时的追击中，谁也没有取得实质性的战果。
影响战斗结果的毫无疑问存在以下一些因素，如英军战列巡洋舰的装甲比较差，炮弹质量不佳，照明不好。但失败的主要原因还在于贝蒂将军战术上的错误，他未能在战斗一开始就将自己的战列巡洋舰和第五战列舰分舰队同时用上去，此外，战列巡洋舰的射击也存在着缺陷。
德军的前卫舰队把英国舰队的部分兵力引向自己的主力，从而完成了主要任务。但海军上将舍尔未能在英军前卫舰队同其基本兵力会合之前将前卫舰队消灭，而基本兵力的位置他根本不知道。为了追上贝蒂的舰艇并将其切断，必须在航速上占优势，而这一点，德军是做不到的。此外，德军的早期无畏战列舰第二分舰队的航速低，使舍尔无法赶上。因此，德国舰队未能完成歼灭主力舰队大部分舰艇的任务，而这正是大洋舰队进行这次战役的目的并早就为之作好准备的。以后它不得不和英国的整个主力舰队作战。战斗进程中，双方都没有组织好海军重兵力和轻兵力之间的协同作战，特别是不善于和不敢用驱逐舰进行攻击。
18时左右，杰利科的主力舰队从东北方向杀入战场，发现了德大洋舰队的位置。杰利科立即命令舰队变换战斗队形，采用海战中惯用的“T”字形战术，24艘战列舰很快排成一条1.5公里长的作战单行，向东南方向的德大洋舰队猛扑过去。18时15分，主力舰队左翼纵队开始展开，向东南偏东行驶，与敌人舰队形成“T”字交叉的攻击态势。落日的余晖为英舰披上了一层天然伪装。舍尔一直没有察觉他所面临的是英国皇家海军的主力，直到主力舰队开火后，舍尔的错觉才被隆隆的炮声所惊醒。
贝蒂舰队也调转航向，与希佩尔舰队展开激烈的搏杀。18时20分，希佩尔的旗舰“吕措夫”号被英舰密集的炮火击中。而英国的两艘老式装甲舰也被德国的战列巡洋舰击中，一炸一沉；18时33分，1.7万吨的英第三战列巡洋舰中队旗舰“无敌”号又被德舰击中，当即炸成两段，舰队司令胡德少将连同全体舰员一同沉入海底。但英国舰队的损失并没有影响主力舰队在数量上的优势，加之英舰逐渐抢占了有利的攻击阵位，除了炮口闪光外，英舰被阴暗的天色和德舰烟囱吹向东方的浓烟所掩蔽，战斗形势马上发生了有利于英军的变化。而德方一艘接着一艘的排成纵行的战舰，由于前面的挡住了后面的射界，所以在发挥火炮威力方面大大受到了阻碍。更加不利的是，提前转向的贝蒂舰队，已经开始插入德国舰队的后方海面，进而切断了德国舰队与本土基地的航路。
面对困境，加上英国水兵俘虏的供词，舍尔终于发现他所面对的是整个英国主力舰队。严酷的现实使舍尔不得不放弃原有的计划，眼前他所面临的不是继续决战的问题，而是如何将他的舰队从濒临覆灭的危险中解救出来。
舍尔没有犹豫，果断地命令各舰转向右舷。根据这项命令，德国各舰都倒转航向，作了个180度的急转弯，撤出了战斗。由于通往德国本土基地的航路被贝蒂舰队切断，大洋舰队只得向西南方向行驶，这就是说大洋舰队跑得越远，离东南方向本土基地也就越远，无法返回基地。舍尔见杰利科没有实施追击，判断杰利科一定是把他的主力舰队部署到自己的返航航线上去了，这比追击更加可怕。于是，舍尔决定试试运气，与其束手就擒，不如在拼杀中求生。他要趁英国舰队变换队形时转身杀回去，从主力舰队的尾部实施突破，打破英军封锁，拼杀出一条血路，返回基地。一番琢磨之后，舍尔再次下达了全舰队转向的命令。他要打回去，与杰利科再厮杀一番。
晚上19时刚过，舍尔的舰队在杰利科舰队的左舷出现了。不幸的是，由于参谋们的计算误差，德国大洋舰队没有冲向英国主力舰队的尾部，而是直接撞入了英国主力舰队的中央，战场上又一次形成了对英国舰队有利的“T”字形作战态势。大洋舰队再度处于背向日落的方向，其轮廓清晰可见，而英主力舰队仍隐没在烟雾之中。英国战列舰在8000米的距离开炮，德舰看不到英舰，只看到远方炮口处的闪光。舍尔眼见大洋舰队又一次陷入危急之境，立即下令施放烟幕和鱼雷，并命希佩尔的战列巡洋舰作“死亡冲锋”，掩护主力转向后撤。在烟幕和希佩尔的掩护下，大洋舰队又一次脱离险境。当最后一批舰只从乱军中冲杀出来时，屡建战功的“吕措夫”号已千疮百孔，无法继续航行，被迫弃舰沉没。战列巡洋舰“毛奇”号上升起了希佩尔海军中将的指挥旗。
20时，天色已渐渐地黑了下来。杰利科担心受到德军鱼雷和水雷的攻击，便没有追击，他打算先将舍尔舰队围堵在返回其本土基地的航线外，待天明之后再一举歼灭。用他的话说：“那将是皇家海军的一个精彩的白昼。”舍尔同样明白，如果他的舰队未能在夜间冲出包围，那么天亮之后，他将不可能再有任何希望了。经过仔细分析和推算，舍尔决定转向东南，趁夜从主力舰队的尾部冲杀过去，然后经合恩礁水道返回基地。为此，舍尔把所有能用的驱逐舰都派出去拦截英军主力舰队，掩护大洋舰队突围。
按照舍尔的命令，德驱逐舰，如狼群一般，从不同的方向袭击英主力舰队，给英军造成极大的混乱和判断失误，使杰利科摸不清德国舰队在哪个方向。23时30分，大洋舰队和英军担任后卫的驱逐舰遭遇，由此演出了日德兰大海战的最后一幕。
双方借助照明弹、探照灯和舰艇中弹的火光进行着漫无目标的射击和冲撞。夜战中，英国的战列巡洋舰“黑太子”号误以为向其驶来的几个巨大黑影是友舰，便发出联络信号，结果招来4艘德国战列舰的一阵齐射，“黑太子”当即变成一团火球。德国老式战列舰“波梅恩”号、轻巡洋舰“弗劳恩洛布”号和“罗斯托克”号被英国驱逐舰的鱼雷击沉，还有1艘轻巡洋舰“埃利宾”号同己方战列舰“波森”号意外相撞而沉没。夜间战斗驱逐舰的损失是英军5艘，德军2艘。
6月1日凌晨3时，德国舰队终于从英军封锁线上杀开了一条血路，向合恩礁水域狂奔。合恩礁水域是出入德国大洋舰队的基地——威廉港的必经之地。第一次世界大战爆发后，德国海军为防御英国舰队的海上袭击，在此布下了无数水雷。水雷阵极不规则，犹如谜宫。开战以来，许多企图偷袭威廉港的英国军舰都有来无回，葬身雷区。要想通过雷区，只有德国海军高级将领才知道其间惟一的一条狭窄水道。3时30分，时间已到了黎明前最黑暗的时刻，舍尔校对了一下罗盘方位，找到水道的入口，指挥他的舰队排成一路纵队，一艘紧跟着一艘安然通过雷区，向着威廉港驶去。大洋舰队总算摆脱了英国主力舰队。雷区外，随后追来的英国主力舰队只能咆哮着鸣炮，却不敢越雷池半步。凌晨4时15分，英国海军部给杰利科发来电讯，告诉他舍尔的舰队已安全通过了合恩礁水道，即将回到威廉港，失望的杰利科只好带着他的主力舰队悻悻地返回斯卡帕弗洛海军基地。这场盛况空前的战列舰海上龙虎斗结束了。
日德兰海战是战列舰时代规模最大也是最后的一次舰队决战。在这次海战中，大炮巨舰主义遭到失败。此后，德国和其他海上强国开始研发争夺制海权的新型力量和探索新的战法。二战中出现的潜艇破袭战和航母海空决战正是这一探索的产物。从这个意义上说，日德兰海战送走了人类海战史上一个旧的时代，同时揭开了人类海战史上的新篇章。
日德兰海面的硝烟散尽后，交战双方都宣称自己是这场海战的胜利者，以至于如何评判它成了世界海战史上的一段著名公案。从舰艇的损失和人员的伤亡看，德国人似乎占了一些便宜。英国舰队共损失3艘战列巡洋舰、3艘轻巡洋舰和8艘驱逐舰，战斗吨位达11.5万吨，伤亡6945人；德国舰队共损失了1艘老式战列舰、1艘战列巡洋舰、4艘轻巡洋舰和5艘驱逐舰，战斗吨位达6.1万吨，伤亡3058人。英德双方损失比近2：1。就战术而言，德国人的确是这场海战的胜利者，大洋舰队向强大的英主力舰队发起了勇猛的挑战，希佩尔舰队重创了贝蒂舰队，舍尔准确的判断和优良的航海技术，使他成攻地摆脱了占极大优势的杰利科的追击。
然而就战略而言，德国人并未达到目的，德国人尽管取得了日德兰海战的胜利，却认识到，自己的海军实力仍无法与英国匹敌。而英国却达到了封锁和围困德国主力舰队的目的，在全球的海洋中，除了少数德国海上袭击舰和潜艇外，全都是英国皇家海军的天下。德国舰队被困在海港中毫无作为，只不过是说明自己仍然“存在”而已。正如美国《纽约时报》所评论的那样：“德国舰队攻击了它的牢狱看守，但是仍然被关在牢中。”德国战败后，为了不让舰队落入敌手，德国人将全部战舰凿沉。在日德兰海战中幸存下来的这些巨舰，最终没能摆脱覆没的命运。
这场海战像110年前的特拉法加海战一样，从某种程度上决定了第一次世界大战的结局。20年后，历史再度重演，规模更大、更加惨烈的第二次世界大战爆发了。面对强大的英国海军，战争狂人希特勒的空军在不列颠之役中碰了一鼻子灰后，再也没敢想过入侵英国。皇家海军不仅又成了震慑希特勒不敢染指英伦的盾牌，也成了英国人反攻的利器和基础。
