"Шпее" в 6.18 открыл огонь полубронебойными снарядами из орудий главного калибра с дистанции свыше 90 кбт по только что отделившемуся «Эксетеру». Противник сделал то же самое чуть позже: «Эксетер» ответил в 6.20, стреляя вначале из передних башен, к которым через 2,5 минуты присоединилась кормовая. «Аякс» дал залп в 6.21, а спустя 2 минуты к нему присоединился «Ахиллес». Дистанция до разделившихся и следовавших уступом ("Ахиллес" чуть сзади и ближе к врагу) легких крейсеров также составляла около 90 кбт. С 6.25 между ними была установлена устойчивая радиосвязь, и оба корабля вскоре вели общую централизованную стрельбу. «Шпее» в ответ ввел в дело 150-мм пушки левого борта. Огонь немцев со стороны выглядел неторопливым; по мнению английских наблюдателей, они дожидались падения предыдущего залпа и только после этого выпускали следующий, причем стреляли всего одной башней. Немцы опровергают этот факт, утверждая, что использовали традиционную для них «лесенку», то есть давали следующий залп, не ожидая падения предыдущего, с некоторым отклонением по дальности. Поскольку "карманные линкоры" имели только 6 орудий ГК, при пристрелке главный артиллерист «Шпее» фрегаттен-капитан Пауль Ашер чередовал стрельбу из обеих башен, давая трехорудийные залпы, переходя после накрытия на полные 6-орудийные. Со стороны это могло выглядеть как "неуверенная стрельба с раздельным управлением из разных башен по разным целям" (из донесения Хэрвуда). В то же время англичане утверждают, что рассеяние и по дальности, и по направлению было очень незначительным.

Перед германскими артиллерийскими офицерами стоял непростой вопрос выбора типа боезапаса. Использование бронебойных или полубронебойных снарядов с замедлением могло дать решающий успех при удачном попадании в машины или погреба слабо бронированного противника, зато донные взрыватели вряд ли могли взводиться тонкой обшивкой или надстройками, и многие попадания оставались бы почти бесполезными. Ашер избрал другой путь: после первых залпов по «Эксетеру» полубронебойными гранатами с замедлением он перешел на фугасные с головным взрывателем мгновенного действия. Теперь взрывался любой снаряд, зато глубоко расположенные в корпусе жизненные части крейсеров оставались в относительной безопасности. Ашер рассчитывал на мощное осколочное действие 300-кг гранат (как мы увидим, не зря). Впоследствии выбор типа боеприпасов неоднократно критиковался самими немцами. Они считали, что при использовании бронепробивающих снарядов «Эксетер» был бы пущен на дно. С этим можно поспорить, рассмотрев конкретные попадания. В ходе боя на «Шпее» неоднократно меняли тип используемых боеприпасов; англичане даже отмечают, что в одном залпе использовались снаряды разных типов, что маловероятно. (Возможно, при перемене цели «достреливались» снаряды какого-либо типа, скопившиеся в перегрузочном отделении одной из башен.)

Англичане в течение всего боя использовали только бронепробивающие снаряды с замедлением типа СРВС (Common Pointed, Ballistic Cap — полубронебойный, с легким наконечником для улучшения баллистики), за исключением нескольких фугасных (НЕ). Если для 8-дюймового калибра в таком выборе был определенный смысл (что подтвердило одно из попаданий), то в случае 6-дюймовок гораздо лучше было бы использовать 51-кг фугасные снаряды без замедления. Большинство снарядов, без значительного ущерба прошедших через объемистую «башню» и надстройки в середине корпуса, вызвали бы пожары, выход из строя практически небронированных 150-мм и 105-мм орудий и, главное, многочисленных кабелей связи. Как будет отмечено, даже небольшое сотрясение от невзрывавшихся снарядов приводило к достаточно неприятным последствиям; в случае полноценного взрыва ситуация для немцев могла быть куда хуже. Разгадка нерационального поведения англичан лежит в том, что в начале войны они практически не имели в составе боезапаса крейсеров фугасных снарядов мгновенного действия, что оказалось на руку рейдеру.

Стрельба обеих сторон поначалу оказалась весьма точной. Как обычно, немцы пристрелялись первыми. Третий залп 11-дюймовок накрыл «Эксетер». Осколки одного из снарядов буквально выкосили прислугу торпедного аппарата правого борта, изрешетили стоящий на катапульте самолет и весь борт и надстройки, от ватерлинии до верха дымовых труб. Перебитыми оказались цепи сигнализации о готовности орудий, так что старшему артиллеристу пришлось вести огонь вслепую, не зная, могут ли все его пушки дать залп. Заодно осколки разбили прожекторы и вызвали пожар. (Вообще осколочное действие 300-кг снарядов оказалось очень сильным, и в дальнейшем некоторые недолеты наносили крейсерам не меньшие повреждения, чем прямые попадания.) Снаряд с замедлением из следующего залпа прошел через носовую часть корпуса крейсера без взрыва, не нанеся существенных повреждений. Относительно безобидным было и еще одно попадание в полубак. Но через пару минут последовал роковой для англичан удар. 283-мм фугасный снаряд сдетонировал в момент попадания в возвышенную 8-дюймовую башню. К этому моменту башня «В» сделала только 8 залпов. От страшного сотрясения башня вышла из строя до конца боя, пострадал и ее персонал. Веер осколков накрыл всю главную надстройку. Последствия были ужасными: все находившиеся на мостике офицеры, кроме командира, кэптена Белла, были убиты или тяжело ранены. Переговорные трубы и кабели, ведущие от директора и дальномеров к вычислительному центру, оказались перебитыми. Крейсер лишился навигационных средств и не слушался руля, рыскнув вправо и выйдя из угла обстрела оставшейся носовой башни. К счастью, командир быстро овладел ситуацией и перенес управление на запасной пункт в корме, который, однако, у экономных англичан представлял собой открытый мостик без сколько-нибудь существенного оборудования. Корабль потерял только треть артиллерии, но его реальная боевая мощь упала в гораздо большей степени. В частности, «Эксетер» не успел даже выпустить в воздух свой гидросамолет, который мог бы помочь в корректировке огня, а передача приказов в рулевое отделение и машину осуществлялась голосом через цепочку матросов! В данном случае 283-мм орудия "карманного линкора" полностью подтвердили свою эффективность против крейсеров.

Правда, ответный огонь с «Эксетера» также произвел сильное впечатление на офицеров «Шпее», охарактеризовавших его как "быстрый и точный". Один 8-дюймовый снаряд пробил насквозь башенноподобную надстройку и вышел, не взорвавшись. Зато другой, попавший несколько позже, своим действием удивил немцев. Пронизав верх 100-мм пояса, он пробил также 40-мм продольную переборку и ударился о броневую палубу, сделав в ней вмятину "размерами с таз для умывания", а затем взорвался. Осколки повредили кабели и вызвали пожар, охвативший хранилище сухого химического средства для тушения огня. Люди, боровшиеся с пламенем, получили тяжелые ожоги и отравления. (На стоянке в Монтевидео немцы даже призвали уругвайских врачей, поскольку предполагали или делали вид, что предполагали, будто англичане использовали химические снаряды.) Если бы 203-мм снаряд попал метром ниже, он разорвался бы прямо в моторном отделении, и последствия для «Шпее» могли оказаться еще более тяжелыми. К сожалению для британцев, этот успех «Эксетера» стал последним. Огонь поврежденного крейсера становился все менее и менее действенным. Прямых попаданий с него больше не было в течение всего боя.

Зато мало-помалу стал сказываться огонь с легких крейсеров. Несколько полубронебойных снарядов попали в башенноподобную надстройку, и, хотя большинство их не взорвалось, определенный эффект был достигнут. Лангсдорф, невозмутимо сжимавший трубку в углу рта, командовал своим кораблем на манер Того или Битти с открытого мостика. В отличие от адмиралов прошлого он поплатился за излишнюю храбрость. Два небольших осколка поразили капитана в плечо и кисть, а взрывная волна отбросила его на пол мостика с такой силой, что он потерял сознание, и старший офицер был вынужден на время принять командование. Хотя раны оказались незначительными, по мнению находившихся все время рядом с командиром офицеров, контузия повлияла на его дальнейшее поведение. Лангсдорф потерял железную уверенность в победе, часто отдавал приказания об изменении курса, что отрицательно влияло на собственную стрельбу, и принимал "недостаточно агрессивные решения".

Насколько это верно, судить спустя почти 60 лет трудно, однако примерно в то же время (с 6.22 до 6.24) "Адмирал граф Шпее" начал поворот влево, разворачиваясь правым бортом к обходившим его с носа легким крейсерам, уже набравшим ход в 25 узлов. Вообще-то маневрирование "карманного линкора" в начальный период боя является предметом наибольших расхождений в описаниях. В соответствии с грубой схемой, набросанной немецкими офицерами по памяти после затопления их судна, корабль очень плавно повернул на 90° влево в течение 10 минут и пошел курсом на норд. В начале поворота (около 6.25, то есть сразу после попадания в башню «В» "Эксетера") он перенес огонь ГК на легкие крейсера (дистанция около 85 кбт). Очевидцы с "карманного линкора" и немецкие штабные офицеры, в том числе адмирал Кранке, настоятельно утверждают, что он не делал в это время никаких резких маневров. На английской схеме изображены два поворота: один в промежутке с 6.22 до 6.25 на 90° влево, затем второй, почти на столько же — на другой борт (завершен к 6.28). Хэрвуд отмечает, что огонь ГК «Шпее» в это время разделился: кормовая башня стреляла по «Эксетеру», а носовая — по створившимся легким крейсерам, что отрицается артиллеристами «броненосца», утверждающим и, что 283-мм пушки всегда вели централизованный огонь по одной цели. Современные немецкие источники показывают еще более глубокий поворот; в книге Коопа и Шмольке он изображен в виде восьмерки, то есть на какое-то время корабль якобы ложился на противоположный курс. В любом случае английская схема (вообще более подробная) очень плохо согласуется с курсовыми углами: из нее следует, что с момента открытия огня и до поворота в 6.22 «Шпее» мог стрелять по «Эксетеру» только из носовой башни, что не соответствует фактам. Успешная стрельба немцев в 6.20 — 6.25 вряд ли может свидетельствовать в пользу каких-либо значительных разворотов в это время. Кажущееся разделение огня ГК скорее всего объясняется чередованием залпов башен для пристрелки по новой цели.

Около 6.31 "Адмирал граф Шпее" быстро дал 3 накрытия по «Аяксу». Англичане применили индивидуальное маневрирование, меняя курс каждый раз в направлении падения предыдущего залпа противника. Метод "охоты за залпами" давал хорошие результаты на больших дистанциях при высокой скорости уклонения, поскольку за 30 с полета снаряда цель могла уйти в сторону на 2–3 кбт, и «правильная» коррекция огня приводила к промаху.

1-й дивизион Хэрвуда и "карманный линкор" быстро сближались: к 6.33 их разделяла дистанция в 65 кбт. В это же время Лангсдорф, в прошлом торпедный офицер, решил, что настала пора предпринять меры против торпед, которые противник мог выпустить на сходящихся курсах. (Действительно, в 6.31 «Эксетер» произвел трехторпедный залп из аппарата правого борта, который вследствие маневра уклонения даже не был замечен немцами.) Кроме того, не следовало слишком сближаться с 6-дюймовыми крейсерами, скорострельные пушки которых могли нанести на малых дистанциях существенный урон. В 6.34 командир «броненосца» отдал приказ развернуться влево. По германским сведениям, поврежденный «Эксетер» полностью скрылся за дымовой завесой, из которой не появлялся примерно до 6.40. В результате поворота «Шпее» лег на примерно параллельный с ним курс (NW) и сам прикрылся завесой, которая не мешала ведению собственного огня. Здесь следует еще одно трудноразрешимое расхождение. В 6.40 снаряд главного калибра разорвался с недолетом у борта «Ахиллеса». Вновь осколки достигли мостика и КДП. Четыре человека убило и еще троих ранило, включая артиллерийского офицера. Однако почти в тот же момент два 283-мм снаряда поразили «Эксетер», и вновь — с тяжелыми последствиями. Один из них вывел из строя оставшуюся носовую башню, а второй, попавший в помещение старших унтер-офицеров, разрушил радиорубку, убив пятерых радистов, прошел в корпусе корабля 18 м и взорвался у правого переднего 102-мм орудия, выведя из строя всю прислугу. Тут же загорелись патроны в кранцах первых выстрелов. Остается неясным, как мог «Шпее», только что закончивший поворот, столь быстро и удачно пристреляться по обеим целям, весьма удаленным друг от друга. Вероятно, регистрация времени на английских отрядах не была точной.