Бой произошел рано утром 13 декабря. “Адмирал граф Шпее” превосходил противников калибром своей главной артиллерии: он имел 6 280- мм орудий, т.е. был вооружен тем же калибром орудий, которыми в Ютландском бою “Фон дер Танн” через 14 минут после открытия огня уничтожил “Indefatigable”. Поэтому были все основания считать, что слабо защищенные английские крейсера подвергаются весьма серьезному риску, вступая в бой с кораблем, вооруженным тяжелыми орудиями. Зато английские корабли развивали скорость в 32-32,5 узла, тогда как германский рейдер мог дать только 26 узлов и к тому же, очевидно, располагал весьма недостаточным запасом топлива.
Бой завязался между линейным кораблем и крейсером “Exeter" на дистанции около 65 каб. Перестрелка продолжалась 16 минут, причем “Exeter”, хотя и понес повреждения, но по заранее разработанному плану продолжал сближаться с противником. В это время с другого борта подошли “Ajax” и “Achilles” и открыли по линейному кораблю беглый огонь из 152-мм орудий. “Шпее” был вынужден разделить свой огонь: обстреливая “Exeter" из одной башни, огонь другой башни он перенес на два легких крейсера, стреляя в них попеременно. После 16-минутного боя “Exeter” фактически был выведен из строя: он лишился обеих носовых башен, рубка и носовой мостик были разрушены, так что командиру пришлось перенести управление в кормовую рубку и вести корабль по шлюпочному компасу, отдавая приказания в машину голосовой передачей.
Из личного состава крейсера 61 человек убило, 23 ранен; в действии оставалось только одно 203-мм орудие с ручной подачей снарядов. “Exeter” начал терять ход и вскоре вышел из строя. На “Ajax” были повреждены две башни. На обоих легких крейсерах из 16 152-мм орудий осталось в строю только десять. Но и “Адмирал граф Шпее”, видимо, получил существенные повреждения. Его носовая башня вышла из строя, рубку центральной наводки разрушило, 4 150-мм орудия повреждены.
По не вполне выясненным причинам линейный корабль внезапно прервал бой, поставил дымовую завесу и стал уходить зигзагообразными курсами к устью Ла Платы. “Ajax” и “Achilles” его преследовали и несколько раз сближались с ним, прорываясь через дымовую завесу, достигая частых попаданий из оставшихся 152-мм орудий с дистанции около 40 каб. Линейный корабль отгонял крейсера, делая изредка залпы из уцелевшей кормовой башни.