“莱茵演习”的要点是用两支强大的德国舰队夹击北大西洋盟军海运线。“俾斯麦”和“欧根亲王”号在北方；“沙恩霍斯”、“格奈森诺”在南方。没有哪支单独的英国舰队敢和它们对抗，“莱茵演习”成功之时，就是英国生命线——北大西洋航线被切断之日。可惜这把钳子还未使用就被打坏了。停在布勒斯特港的“沙恩霍斯”、“格奈森诺”不断遭到英国飞机的空袭，舰体损坏，难以出航。“欧根亲王”号也触了水雷。所以，“莱茵演习”行动一再推迟。后来，雷德尔决定此次演习由北方舰队单独行动，由智勇双全的吕特晏斯将军指挥。
“俾斯麦”号是纳粹德国的主力舰，是当时世界上装甲最厚、最新式、威力最大的战列舰。“俾斯麦”号是英皇家海军的心腹大患。它全长242米，宽36米，排水量4.17万吨；最大航速30节，续航距离1.5万海里；侧舷和炮塔装甲320～360毫米；火力极为可怕，除8门381毫米巨炮外，还有12门152毫米炮和44门高射炮、8个鱼雷发射管和6架水上飞机。它的甲板与普通军舰没有什么区别，但上层建筑十分独特。在吃水线以下装有5层钢壳，每层之间均设有密封隔水舱。德国海军甚至宣称，“俾斯麦”号不仅能击败任何英国军舰，还能击溃任何联合舰队，它是永不沉没的战舰。的确，当时英国的任何一艘战列舰都无法与之匹敌，如果让它闯入公海，对英国大西洋护航运输船队将是严重的威胁，英国的海上生命线就有被切断的危险。
“俾斯麦”号舰长是林登曼上校，此人沉默寡言，但精明干练，属德海军正统军官，不是狂热的法西斯党徒。“俾斯麦”号还是德海军舰队的旗舰，舰队司令鲁金斯中将坐镇该舰，他却是百分之百的纳粹分子。自从“俾斯麦”号出航以来，他们两人十分清楚英军一直在追寻“俾斯麦”号，所以他们一再告诫部下，必须小心从事。
鉴于“俾斯麦”号的重要地位，在那个巨舰大炮时代，巨型战列舰自然就成为对手重点“关照”的对象。开战以来，英国海军时刻注视着“俾斯麦”的动向。1941年5月18日，英海军发现，原本一直在挪威海域活动的战列巡洋舰“俾斯麦”号和重巡洋舰“欧根亲王”号突然消失了。英海军如临大敌，积极部署堵截，以便当它一闯入公海即予以击沉。
5月22日，黑云低压，风雪交加，吕特晏斯上将利用坏天气将“俾斯麦”开入丹麦海峡北口，不料却被装有远程雷达的英国“诺福克”号从荧光屏上找到。“萨福克”号和“诺福克”号紧紧咬住“俾斯麦”号，不管吕特晏斯做何种机动航行也摆脱不开，一直到它开入丹麦海峡北口。5月23日一整天，英国全体海军都处于极度紧张的状态中。黄昏时，离丹麦海峡最近的英国战列舰“胡德”号接到无线电报，立即同战列舰“威尔士亲王”号前往丹麦海峡南口迎战。
5月24日黎明，披着白色霜衣的“俾斯麦”号冲出了丹麦海峡，无边无际的大西洋展现在德国水兵面前，多么诱人的猎场呀！没有哪一艘英国军舰敢阻挡它的行动。但“俾斯麦”高兴得早了点，在它的左舷出现两个舰桅，英国最大的战列舰“胡德”号和“威尔士亲王”号正在此地等候。“胡德”号是和“俾斯麦”号同级的超级战列舰。“胡德”号和“威尔士亲王”号首先开火，“俾斯麦”号和“欧根亲王”号当即还击。由于集中火力攻击的效果最佳，于是德军的这两艘军舰合力攻击“胡德”号。
海战不同于陆战，由于相距较远，双方都看不到是否击中了对方，一般只能依据炮弹爆炸时产生的水柱判断是远弹还是近弹，重炮引起的水柱可以高达60米，之后才能瞄准射击。而炮弹又都是延迟引信，打入舰体内才爆炸，所以从远距离看又不能马上断定是否击中了目标。
炮弹呼啸着划破冰冷的空气，在巨舰旁激起高大的水柱。德国舰炮射击极为精确，对战不到一分钟，“欧根亲王”号便首先击中“胡德”号，只见“胡德”号主桅旁燃起大火，并迅速向前甲板蔓延。为提高射击精度，“俾斯麦”号与“欧根亲王”号逐渐靠近“胡德”号，这时，“俾斯麦”号的巨炮发挥了作用，接连几发击中了“胡德”号。“胡德”号舰桅间猛然喷出熊熊大火，高达数百米。几分钟后，火焰消失，“胡德”号被一片浓烟包围，远处看去依稀可见舰首和舰尾高翘，舰体正在迅速下沉。几分钟后，这艘第一次世界大战的名舰便从海面上消失。全舰1419名舰员仅3人生还。“威尔士亲王”号也中弹了，施放烟幕后撤出战场。“俾斯麦”则被击中两次，引起漏油，使它的舰尾拖着长长的油迹，成为英军识别的显著目标。如果吕特晏斯满足于他已经取得的战果的话，他满可以就此退回挪威。然而吕特晏斯不顾燃油不足和航速降低，继续南下执行“莱茵演习”任务。
5月24日晚6时40分，“俾斯麦”突然转身和追击它的英国舰队交战，掩护“欧根亲王”号南下执行海上袭击任务。“欧根亲王”10天后安然返回法国布勒斯特港，整个战斗航程中连漆皮也没擦掉。5月26日上午，英国飞机发现了“俾斯麦”号，但已参战的英舰由于分散搜寻和燃料不足，无法实行围攻。后由支援而来的舰队进行对“俾斯麦”的拦截，使其受到重创。
经过激战和航行，德舰上的水兵们全都精疲力竭了，他们个个形容枯槁，双目深陷。5月27日，风雨交加，能见度很低。8时15分，“诺福克”号发现“俾斯麦”号在前方大约10海里处，便立即通知“乔治五世”号及“罗德尼”号。两舰遂用400毫米口径的大炮轰击。该口径炮弹重达950多公斤，杀伤力巨大。每中一弹，“俾斯麦”号便颤动摇晃一下，但“俾斯麦”号仍用炮火反击。为更加精确地射击，两舰驶近至5海里。炮弹打得更准了，其中一发炮弹击中了“俾斯麦”号的控制台，尽管“俾斯麦”号仍在坚持战斗，但舰体摇晃不止，根本无法击中英舰。“罗德尼”号和“乔治五世”号驶得更近，距离已不到2海里，这时两舰几乎已是弹无虚发。“俾斯麦”号主桅被洞穿多处。最后，一枚炮弹把它连根拔起，抛到甲板上。舰体起火，一座炮塔倾斜，炮口歪斜着转向天空。但“俾斯麦”号仍然坚持着，拒绝下沉，历史上还从来没有一艘战舰在遭受到如此重创后仍能浮在水面上。
此时，德军水兵的士气完全崩溃。许多士兵和军官都纷纷逃走。不久，“俾斯麦”慢慢向左舷侧斜，海水从弹孔和破毁的钢板处涌入，淹没了一层又一层的甲板，涌入八阵图似的底舱和通道。许多人被活生生地溺死。而更多的人则争先恐后往上层逃命，楼梯口塞满了人。上层的甲板也成了一片火海。被炸伤的舰员叫声凄厉，张皇失措的人们又想逃到下层去，但下层水位不断升高。整个舰内一片混乱，德军的败局已定。
10时15分，英舰向“俾斯麦”号的右舷发射了两枚鱼雷，命中一枚，之后又向左舷发射一枚，再次击中。这艘仍然扬着战旗的海上巨无霸终于向左舷倾倒，许多人落入水中，其他的人爬在舰壳上。英国战列舰的大炮静下来，“俾斯麦”已不值得浪费炮弹了。10∶40分，这艘被称为“德国海军的骄傲”的庞然巨舰，翻滚着沉入波涛滚滚的大海。包括吕特晏斯海军上将在内的2200名官兵，除113人被英军救起外，其余全部随船战死。
这场历时近一星期，先后由近50艘英国军舰和几十架舰载飞机参加的围攻“俾斯麦”号及其僚舰的战斗，是整个大西洋争夺战中的一次高潮。结果，纳粹德国的海军受到沉重的打击，显示了航空母舰的威力和飞机在海战中的重要作用。“俾斯麦”号的沉没，标志着雷德尔计划用大型水面舰只赢得大西洋之战的战略失败，从此邓尼茨的潜艇成为德国海军的主要作战力量。
1941年7月，美军登陆冰岛，接替英军守卫该岛。随后，美国又担负起在冰岛以西护送运输船队的任务。此举标志着美国逐渐卷入了战争。9月11日，罗斯福总统宣布了美国在大西洋的护航原则：美国将对大西洋的德国舰艇实行不等对方首先进攻就予以打击的“见了就打”的政策，这其实就是美国对德国的不宣而战。而希特勒是竭力想避免同美国发生直接武装冲突的，他认为，德国征服欧洲、摧毁前苏联、最后制服英国的目标是可以实现的，但必须有一个条件：美国不介入。因此希特勒在1939年9月向德国海军将领下达了严格的命令，任何德国潜艇和军舰不准在大西洋攻击美国船队。但美国参加护航后，与德国潜艇的冲突就不可避免地时有发生，德美两国之间尽管还没有宣战，但彼此之间的仇恨已经达到不可调解的地步。
1941年9月，邓尼茨决定向西对大西洋来一番彻底的清扫。他把潜艇分成2～4个群，以侦察幕的方式横扫辽阔的大西洋。这些“狼群”共拦截了4支护航船队，但由于盟国护航兵力强大且大雾迷漫，仅击沉共计20万吨位的商船。1941年的最后3个月，德国在大西洋的潜艇战进入了所谓“萧条时期”。为配合北非战场和东线战场，大量潜艇被派往地中海和波罗的海，导致在大西洋作战潜艇剧减，到1941年11月，德国在大西洋作战的潜艇仅剩5～10艘了。在整个1941年，德国潜艇共击沉了432艘盟国船只，计217万总吨位，低于1940年的战绩。而德国共有24艘潜艇被摧毁。
1941年12月，珍珠港事件之后，德国对美宣战，邓尼茨即下令开始实行全面无限制潜艇战。12月16日，第一批由5艘潜艇组成的“狼群”在“U－133”号艇长哈尔德根少校的率领下，悄悄驶离了比斯开湾的基地，向美国东海岸进发。
然而美国人显然对突然来袭的德国潜艇毫无防备。1942年1月13日，哈尔德根等人在美国东部沿海看到的是一幅和平景象：沿岸灯火通明，城镇里闪烁着耀眼的灯光，用于航海的信号灯、灯塔和灯标的光芒仍然亮着，商船在往常的航道上漫不经心地亮灯航行。这对于受了一年窝囊气的德国潜艇来说，真如久旱逢甘露一般。他们立即贪婪地、毫不费力地击沉了眼前的这个猎物。整个1月份德国潜艇仅在美国海域就击沉了62艘商船，总计达32．7万余吨位，后来几个月的攻击也相当成功。到4月底，又击沉了120万吨位的商船，其中一半以上是油轮。
进入1942年5月，美国也开始加强了东海岸的护航。但德国潜艇在南部加勒比海仍获得丰硕战果。5、6两个月仅在该海域就击沉了75万吨位的商船。当时任加勒比海美军司令的海军上将胡佛，1957年在信中以友好的口吻对邓尼茨说：“1945～1956年这段时间（指邓尼茨的服刑期）使你的神经感到紧张，但1942年当你的潜艇在加勒比海实施令人惊讶不已的袭击时，同样也扰乱了我的神经。”
到了1942年7月，尽管双方当时都未意识到，但大西洋战役已临近关键时刻。德国U艇的建造计划已步入正轨，共有331艘潜艇服役。此时的邓尼茨自以为羽翼已丰满。他看准盟军为了增强护卫北极航线的船队，必然会减少大西洋航路的护航兵力。而且，U艇到加勒比海作战要比到大西洋的距离远得多。因此，邓尼茨将北大西洋选定为潜艇战的主战场。这样一来，既可以节省行程，又可以发挥潜艇的作战能力。更有利的是，在北大西洋东部有一大片盟国封锁海域的边缘地区，也称做“空洞”地区。所谓“空洞”，是指U艇的最大劲敌——岸基飞机所达不到的海域。U艇可以在这里为所欲为，随意杀戮商船。船员们一提到“空洞”就心惊胆战，将这里称做“坟墓”、“恐怖的黑窟”。
过去由于盟军的四引擎飞机的续航能力有限，又都从北美格陵兰、冰岛及爱尔兰的北部基地起飞，从纽芬兰沿岸及欧洲沿岸向后延伸约900公里处的海域都称做“空洞”。现在，为了保卫支援盟军北非登陆的船舶，盟军飞机都改从加蓬的利伯维尔基地起飞。这样一来，无形中便缩小了“空洞”的范围。
1942年9月，德国潜艇在北大西洋共击沉130万吨位的商船，但也损失了32艘潜艇。10月份起，经常有两个庞大的“狼群”截击盟国护航船队，但战绩不佳。11月，盟军在北非登陆，邓尼茨的潜艇作了有限阻击，击沉了不少商船。1942年的最后3个月，德国潜艇共击沉了168万吨位的盟国商船。在整个1942年，盟国船只被击沉1160艘，总吨位达626．6万吨，超过了英、美建造新舰的吨位，德国也损失了87艘潜艇。由此可见，在这场盟国新造船量与轴心国的船舶击沉量的吨位战中，轴心国暂居上风。
1943年年初，邓尼茨接替雷德尔出任德国海军总司令。他利用身兼海军总司令和潜艇部队司令两职之便，减少了水面舰艇在交通线上的战斗活动，航空兵的活动也达到最低程度，全力依靠他的潜艇进行破交战。为此，引起一些海军将领的不满，嘲弄他是用有限的兵力进行一场无限的战争。
