Поставки в СССР арктическими конвоями начались в сентябре 1941 года. С наступлением полярной ночи была начата новая серия конвоев с индексами JW (туда) и RA (обратно). Конвой «JW-51B» был вторым в новой серии. В состав конвоя входило 14 торговых судов. В эскорт входили британские эсминцы HMS Achates, HMS Orwell, HMS Oribi, HMS Onslow, HMS Obedient, и HMS Obdurate; два корвета класса Flower — HMS Rhododendron и HMS Hyderabad; тральщик HMS Bramble; и вооружённые траулеры Vizalma и Northern Gem. Конвой следовал под общим командованием капитана 1 ранга Роберта Сент-Винсент Шербрука, командира 17-й флотилии эсминцев, державшего флаг на HMS Onslow.
Кроме того, прикрытие обеспечивали два лёгких крейсера, Sheffield и Jamaica, прикрывавших до этого переход конвоя JW-51A. Этими кораблями — «Соединением R» командовал контр-адмирал Роберт Л. Барнетт, державший флаг на HMS Sheffield. Они вышли из Кольского залива 27 декабря и должны были встретить конвой в самой опасной точке маршрута.
Немецкие силы состояли из двух тяжёлых крейсеров Адмирал Хиппер, Дойчланд и шести эсминцев: Фридрих Экольдт, Рихард Битзен, Теодор Ридель, «Z-29», «Z-30» и «Z-31». Эти суда были дислоцированы в Альтен-фьорде, Норвегия, и находились под общем командованием вице-адмирала Оскара Кумметца на Адмирал Хиппер.
Германский морской штаб разработал план атаки конвоя под кодовым названием Regenbogen («Радуга»). План состоял в использовании карманного линкора Дойчланд и тяжелого крейсера Адмирал Хиппер в сопровождении шести эсминцев. После ночного выхода с базы в Альта-фьорд силы должны были разделиться на две группы, так чтобы к наступлению утра Дойчланд оказался бы в 75 милях к югу от Адмирал Хиппер. Затем обе группы поворачивали на восток вдоль предполагаемого курса конвоя, при этом эсминцы сопровождения каждой группы расходились таким образом, чтобы вся группа занимала по ширине около 15 миль. После обнаружения конвоя первый удар наносила северная группа во главе с Адмирал Хиппер, что должно было отвлечь силы прикрытия к северу, а конвой стал бы уходить в южном направлении, попадая под огонь Дойчланд. Предполагалось, что Адмирал Хиппер легко разделается с гораздо более слабыми силами непосредственного прикрытия конвоя, в то время как Дойчланд получит возможность уничтожить грузовые суда.
Немцам, однако, не было известно о присутствии в Баренцевом море крейсеров Sheffield и Jamaica, прибывших туда ранее в составе эскорта предыдущего конвоя JW51-A. Командовал крейсерами контрадмирал Роберт Барнетт (R. L. Burnett) - ветеран арктических конвоев. Крейсера Барнетта патрулировали участок к северу от Кольского полуострова, как раз на пути следования JW51-B.
Конвой шел в условиях полярной ночи: видимость составляла примерно 7 миль в северном направлении и 10 миль в южном. Небо, как правило, было покрыто низкой облачностью. Температура воздуха нередко опускалась до -15 по Цельсию и ниже. Из-за частых штормов надстройки кораблей были покрыты толстым слоем льда: вес льда на небольших судах охранения достигал 150 тонн, что грозило потерей остойчивости. Обледенение мешало действию орудий а также приборов наблюдения и связи.
Вначале события развивались в соответствии с немецким планом. 30 декабря конвой был обнаружен немецкой подлодкой U-354. Адмирал Рёдер взял общее командование операцией на себя и приказал группе перехвата немедленно выходить в море. Утром 31 декабря северная часть группы, — Адмирал Хиппер и три эсминца, — настигла конвой.
В 08-30 корвет Hyderabad, шедший по правому борту конвоя, заметил на горизонте два эсминца. Капитан корвета решил, что эсминцы советские и не предпринял никаких действий. Через 10 минут те же корабли были замечены с эсминца Obdurate. На этот раз английский капитан доложил о встрече адмиралу Шербруку и пошел навстречу незнакомцам. В 09-15 Obdurate просигналил неизвестным эсминцам запрос, но не получил ответа. Это не вызвало подозрений, поскольку англичане по-прежнему считали, что встретили советский патруль. Однако в этот момент немецкие эсминцы открыли огонь и англичане немедленно стали перестраиваться в боевой порядок, заранее разработанный Шербруком: Onslow, Obdurate, Obedient и Orwell пошли навстречу противнику, а Achates, находившийся между нападавшими и конвоем, начал ставить дымзавесу. Примерно через полчаса Шербрук заметил крупный корабль, идущий курсом прямо на него. Через некоторое время неизвестный корабль начал поворот и Шербрук немедленно узнал по силуэту Адмирал Хиппер.
В 09-30 сигнал о встрече с противником был послан Барнету и группа R форсированным ходом пошла к месту боя. Тем временем Адмирал Хиппер открыл прицельный огонь по Achates, хорошо заметному на фоне светлой дымовой завесы. Эсминец получил тяжелые повреждения: погибло 40 человек команды, включая капитана (A.H.T. Jones), но в этот момент Адмирал Хиппер перенес огонь на Onslow и Orwell. Эсминцы начали маневрировать, скрываясь за порывами снежного шквала и дымом. Плохая видимость затрудняла действия немецких наводчиков, а эффективность радаров наведения оказалась недостаточной. Поврежденный Achates тем временем продолжал ставить завесу. Однако 12-54 его крен достиг 60 градусов и 80 оставшихся в живых моряков эсминца были сняты подошедшим траулером. В 13-14 Achates перевернулся и затонул.
К этому времени у Шербрука сложилось мнение, что Кумметц избегает боя. Вместо решительного сближения Адмирал Хиппер маневрировал, скрываясь за дымом и снежными зарядами. Тем не менее, в ответ на действия немцев англичане поступили так, как предполагал немецкий план: за дымовой завесой конвой стал уходить на юго-восток, где его уже поджидал Дойчланд. В свою очередь, Orwell и Onslow направились в сторону Адмирал Хиппер, постоянно имитируя торпедные атаки и мешая крейсеру приблизиться к конвою. Остальные корабли охранения ушли вместе с конвоем. Тем временем Адмирал Хиппер и два британских эсминца вели перестрелку, которая не дала результатов из-за плохой видимости и обледенения орудий. Маневрируя, Onslow удалось уклониться от 5 залпов главного калибра Адмирал Хиппер, однако в 10-20 203-мм снаряд задел трубу эсминца. Взрывом была также снесена антенна радара а осколки осыпали мостик, где в этот момент находился командующий эскортом Шербрук. Один из осколков попал Шербруку в лицо, разбив скуловую кость и выбив левый глаз. Кроме Шербрука, на Onslow пострадало еще 47 человк. Командования флотилией принял кап.-лейтенант Кинлох на эсминце Obedient. Немецкий адмирал не догадывался о тяжелом положении на Onslow, поскольку его внимание отвлек Obedient, нахально завязавший перестрелку. Короткая перестрелка не дала результатов ни одной стороне. К тому же Кумметц постоянно помнил, что у эсминца имелось 9 торпед, а бронирование Адмирал Хиппер было явно недостаточным.
Sheffield и Jamaica появились на поле боя неожиданно для немцев. Первым открыл огонь Sheffield и через несколько залпов начал попадать в Адмирал Хиппер. Кумметц начал маневрировать и поставил дымзавесу, но Адмирал Хиппер продолжал получать попадания. Принимая во внимания указания Гитлера не подвергать корабль чрезмерному риску, Кумметц решил уходить и отдал приказ своим эсминцам начать отход. Немецкие эсминцы Фридрих Экольдт и Рихард Битзен в сумерках приняли Sheffield и Jamaica, которые они не ожидали здесь встретить, за Адмирал Хиппер и Дойчланд и сделали попытку пристроиться к ним. Прежде чем немецкие капитаны поняли свою ошибку, англичане открыли по ним огонь. Фридрих Экольдт, шедший первым, получил попадание в центр корпуса и затонул менее, чем за две минуты. Рихард Битзен ускользнул без повреждений. Эти события отвлекли британские крейсера и они потеряли контакт с Адмирал Хиппер, который полным ходом уходил на восток в предполагаемом направлениииe Дойчланд.
Тем временем Дойчланд перехватил уходивший на юго-восток караван грузовых судов, при этом первый из них был на расстоянии 3 миль от рейдера, а последний — 7 миль. Дойчланд выпустил 87 280-мм снарядов и 75 150-мм, но ни разу не попал. После этого капитан Дойчланд принял решение о возвращении на базу в Альта-фьорд.
Британские эсминцы собрали конвой и продолжили путь в Мурманск. Напряженность сохранялась, поскольку неповрежденным остался лишь один эсминец, в то время как имелись опасения, что где-то поблизости может находиться германский крейсер Nürnberg. Тревога спала лишь после сообщения Би-Би-Си о том, что все немецкие корабли вернулись на свои базы.
В ходе боя были потоплены два британских корабля охранения — эсминец «Акейтес» и тральщик «Брембл», а немецкий флот потерял эскадренный миноносец Фридрих Экольдт, уничтоженный сосредоточенным огнём лёгких крейсеров. Кроме того, Адмирал Хиппер получил тяжелые повреждения и едва добрался до Каа-фиорда.
Конвой благополучно прибыл в Кольский залив, не потеряв ни одного транспорта.
Узнав о том, что более слабые британские силы отогнали 2 тяжёлых крейсера с кораблями сопровождения, Гитлер пришёл в ярость и принял решение расформировать надводный военно-морской флот и отправить корабли на металл, а их орудия использовать для береговой обороны, сконцентрировавшись на операциях подводных лодок. Верховный командующий ВМФ Военно-морской флот Германии адмирал Эрих Редер был смещён со своего поста. Однако сменивший его Карл Дёниц, несмотря на свою приверженность доктрине подводной войны, уговорил Гитлера сохранить крупные надводные корабли и держать их на северных коммуникациях.