Podczas powtarzających się pytań i coraz bardziej niejasnych odpowiedzi, co trwało blisko pół godziny, obie jednostki zbliżyły się do siebie na ok. 1000 – 1200 metrów, płynąc równolegle w tym samym kierunku. O godzinie 17:30 Detmers postanowił wykorzystać szansę i dał rozkaz „Tarnung fallen lassen” („zrzucić maskowanie”) i otworzyć ogień. Pierwsze salwy niemieckie całkowicie zaskoczyły Australijczyków. Zgodnie z zeznaniami jeńców niemieckich „Sydney” został trafiony co najmniej 50 pociskami 150 mm, a ogień szybkostrzelnych działek przeciwlotniczych 20 mm zmasakrował obsadę pomostu i otwartych pokładów krążownika. Według zeznań jeńców „Sydney” został również trafiony jedną torpedą. Zgodnie z późniejszymi przeprowadzonymi badaniami wraku „Sydney” i symulacjami komputerowymi, okręt ten został trafiony przynajmniej 87 pociskami 150 mm, 400 pociskami 37 mm oraz ok. 3000 pociskami 20 mm oraz torpedą, która wybuchła tuż przed wieżą działową „A” czyniąc ją niezdolną do walki i poważnie niszcząc sekcję dziobową okrętu. W ciągu kilku minut krążownik mocno zanurzył się dziobem, a jego prędkość spadła do 5-7 węzłów.