В 15.28 на Шарнхорсте снаряд с Инвинсибла сбил третью дымовую трубу, и пожар на нём усилился. Одновременно Шарнхорст начал поверачивать вправо почти на обратный курс из-за повреждения рулевого устройства.
В 15.32 девятый снаряд со стороны л/б попал в карцер и баталерку Гнейзенау, полностью её разрушив. Пробоину над ватерлинией заделали.
В 15.37 десятый снаряд попал в л/б, осколки пробили угольную яму и прошли в КО 3, выведя его из строя. Через пробоины от осколков КО стало затапливать забортной
водой, откачать её не удалось, л/с пришлось покинуть КО.
В 15.53 после попадания 11-го снаряда паровая машина п/б вышла из строя.
В 15.57 произошло попадание 12-го снаряда в переднюю трубу и её верхняя часть надломилась.
Около 16.00 стало ясно, что Шарнхорсту приходит конец. Крейсер накренился на п/б, осел почти на метр, скорость его хода уменьшилась, корму охватило пламя. Только одна из его четырёх труб осталась стоять. Крейсер имел большой и всё возрастающий крен на п/ б. Тем не менее на нём развевался германский флаг, и он продолжал энергично отстреливаться уцелевшей артиллерией. Англичане были поражены стойкостью немцев и регулярностью и быстротой их залпов.
Шпее, который даже в пылу боя всё же успел в 16.00 передать Маеркеру сигналом, что последний был прав, высказываясь против плана нападения на Фолкландские острова, приказал Гнейзенау уходить, если он сможет. После этого Шпее повернул свой флагманский корабль и пошел на англичан, вероятно, с целью принять на себя сосредоточенный огонь англичан и пустить в ход торпеды.
Не уменьшая своего хода, англичане сделали две петли на его правом траверзе и подошли к Шарнхорсту на дистанцию 9000 м (49 кб).
В 16.04, дав последний залп из носовой башни, Шарнхорст стал медленно опрокидываться, несколько минут пролежал на борту с вращающимися винтами и наконец, в 16.17 скрылся под водой носом вперед, унося с собой на дно командующего германской эскадрой адмирала фон Шпее со штабом и весь экипаж в количестве 860 человек.
Координаты места гибели Шарнхорста 52°40' юш/ 55°5Г зд.
Карта-схема маневрирования эскадр в бою у Фолклендских островов 8 декабря 1914 г.
Так как бой продолжался, три британские крейсера- Инвинсибл, Инфлексибл и Карнарвон не смогли оказать помощь оказавшейся в воде команде Шарнхорста. Они находились далеко от места, где затонул Шарнхорст. С него не спасся ни одни человек, поскольку вода в это время года была такая холодная, что едва ли что-либо можно было сделать, если бы здесь даже не было Гнейзенау, с которым надо было продолжать бой. Никаких сведений о полученных им попаданиях не осталось, но, как стало известно от спасшихся с Гнейзенау, он получил большую пробоину в п/б.
Одновременно с гибелью Шарнхорста Гнейзенау получил несколько серьезных попаданий, скорость его хода сильно упала, и в 16.23 расстояние до него от английского флагмана не превышало 9000 м (49 кб).
Теперь оба линейных крейсера сосредоточили огонь на Гнейзенау, который дрался еще более полутора часов, добившись четырех попаданий в Инфлексибл, правда, не причинивших ему серьезных повреждений. Зато у англичан стали кончаться боеприпасы: уже через полчаса боя в башне X остались только бронебойные снаряды, через 38 минут в башне А только фугасные. В 17.08 последняя башня, где оставалось около десятка полных зарядов, отличилась, сбив переднюю трубу Гнейзенау.
В свою очередь Инфлексибл наконец подавил огонь Гнейзенау тот горел от носа до кормы.
Во время боя старший артиллерист Инфлексибла коммандер Вернер вёл записи о ходе артиллерийской стрельбы и своих впечатлениях. Сразу после боя он согласовал и сверил свои заметки с показаниями пленных германских офицеров, спасенных с Гнейзенау. Вышеуказанные попадания, насколько возможно точно, были зафиксированы оставшимися в живых офицерами крейсера. Также время, указанное здесь, является лишь приблизительным. Это явились основой для секретного рапорта
Адмиралтейству с выводами о результатах боя.
В 16.02 вышло из строя КО 4 Гнейзенау, так как осколки 13-го снаряда повредили котельный вентилятор п/б.
В 16.03 14-й снаряд прошёл сквозь коечные сетки п/б и взорвался под кормовым бронированным постом, уничтожив его.
В 16.15 15-й снаряд попал в п/б под полубаком и прошёл, не разорвавшись, все помещения до обшивки л/б. От его взрыва палубу полубака сводообразно выгнуло. На обеих бортах имелись большие пробоины в носовой батарее и под полубаком. Одновременно 16-й снаряд попал со стороны п/б в среднюю палубу КО 3 и в главный перевязочный пункт, где убило почти всех находившихся там. Этот же снаряд сделал пробоину в борту, через которую свежий воздух начал проникать внутрь.
В 16.27 17-й снаряд попал сверху в носовой каземат 210-мм орудия п/б Гнейзенау и разорвался в его помещении. В погребе боеприпасов этого орудия загорелись подготовленные для стрельбы заряды, вызвав загазованность даже в центральном посту. Кроме двух человек орудийные расчеты обеих бортов погибли. Оба казематных орудия и резервный сигнальный пост вышли из строя. Осколки проникли в каземат 150-мм орудий и пекарню, хотя там серьезных разрушений все-таки не было.