第一條魚雷射出57秒後，恩萊特再次升起潛望鏡：“魚雷擊中了那艘航母的尾部，我能看到艦體側面騰起了爆炸的火球。10秒鐘後，第二條魚雷也命中了，彈着點比第一條靠前大約50碼。接着我看到敵人的驅逐艦已經猛撲過來。”
恩萊特指令緊急下潛到40米深度規避攻擊。下潛過程中，他又接連聽到了4聲爆炸。聲呐員報告說，聽到了艦體開裂的聲音。恩萊特據此判斷6條魚雷全部命中了目标。日軍驅逐艦顯然并未發現美軍的準确位置，他們投下的深水炸彈最近也在潛艇300米之外，不可能對“射水魚”号構成緻命傷害。清晨6時10分，當恩萊特上浮到潛望深度并伸出潛望鏡時，海面上已經空空如也。他判斷那艘日軍航母肯定已經沉沒了。
“射水魚”号射出的6條魚雷有4條準确命中目标，兩條跑偏。其中2條魚雷擊中了航母右舷後部188-201号肋骨中間部隊，1條命中120号肋骨，1條命中104号肋骨。“信濃”号燃油艙、右舷外側機械室、三号鍋爐艙很快被洶湧而入的海水灌滿，爆炸産生的沖擊波使艦體隔間開裂，鄰近的一号、七号鍋爐艙進水，空氣壓縮機房受損。損控不力導緻進水迅速擴大到後部冷卻機房、機關科官兵房間、注排水指揮所和第一發電機室，航母的右傾達到了9度。
有參謀向阿部建議，盡快尋找一處淺灘使航母擱淺，這樣至少還能救走更多的人。阿部斷然拒絕了這個“沒有出息”的建議。一個月前，美國人用了19條魚雷和很多顆炸彈才勉強将“武藏”号擊沉，區區4條魚雷能耐我何？由于擔心減速會遭到潛艇的再次攻擊，阿部下令“信濃”号依然以18節高速航行。
這又是一個愚蠢無比的決定。匆匆下水的“信濃”号實際上仍處于未完工狀态，艦内的通道中堆放着大量未安裝到位的纜線，導緻防水閘門無法關閉或關嚴。排水系統尚未完工，僅靠手動排水泵無法排出因高速航行所帶來的大量進水。
原本設計為戰列艦的“信濃”号後來被臨時改造為航母，艦體内部結構遠比普通航母複雜得多，那些剛剛登艦不久的水兵們——戰争到了這個階段，像極度缺乏有經驗的飛行員一樣，日本海軍同樣缺乏有實戰經驗的水兵——如進了迷宮一般，給救援工作帶來了極大難度。起初他們還能在統一指揮下組織排水，但一旦危險出現，他們就很快失去信心亂作一團四散逃命。雖然損管人員向相反一側注水至少3000噸使傾斜稍有緩和，但由于受損範圍不斷擴大，注水開關和排水泵接連故障使排水效率大大降低。内務長三上治男中佐決定關閉上下甲闆間的升降口。令他無比吃驚的是，升降口水密門關閉後邊緣居然露出了2厘米多縫隙！看到這一幕的三上意識到，這個艙室要麼沒有經過水密試驗，要麼測試根本就不合格。他知道一切全完了。
4時，航母右傾增加到10度，半小時後更加大到15度。随着一個接一個艙室被海水灌滿，淩晨5時，“信濃”号的右傾達到了18度。右舷輪機停止運轉使航速下降到11節。缺乏訓練的艦員們精神完全崩潰，使得控制進水的一切努力歸于失敗。6時，航母右傾加大到20度，7時達到了驚人的30度。7時45分，“信濃”号已完全在海面上停了下來。阿部指令“矶風”号和“濱風”号上前準備執行拖曳，并親自到艦首坐鎮指揮。但兩艘驅逐艦實在太小，而“信濃”号又太大，讓螞蟻拉牛車注定是行不通的。實施拖曳的鋼纜被數次拉斷，曳航失敗。
8時30分，海水已經淹沒了注排水指揮所，在該處搶險的水兵被全部淹死。“信濃”号的悲慘命運已經注定。10時25分，看到右傾已達35度的阿部下令降下艦旗，3分鐘後指令全員準備撤離。10時37分，阿部下達了棄艦指令。10時55分，未曾發過一炮、未起降過一架飛機的“信濃”号在一聲震耳欲聾的巨響中沉沒于潮岬東南50公裡處，詳細位置為北緯33度06分，東經136度46分。它創造的多項紀錄空前也很可能是絕後的：被潛艇擊沉的最大軍艦；二戰期間建成的最大航母；最短命的航空母艦——首次出航僅17小時即被擊沉。
根據負責“信濃”号建造工程的橫須賀工廠造船部技師山内司郎的記錄，在與内務長三上中佐和注排水指揮官稻田文雄大尉交換意見之後，山内斷言是損管人員的失誤導緻了“信濃”号的沉沒：“從注排水指揮官到普通操作員，在右舷中雷時沒有及時打開左舷全部排水口。等大家反應過來、開始向左舷注水時，軍艦已經大幅傾斜、無力回天了。這是極為低級的錯誤，以至于有完好的設施卻無法有效使用，實在遺憾。”
當天下午14時，位于日吉台的聯合艦隊司令部收到了“濱風”号艦長前川萬衛少佐發來的消息：“‘信濃’号被美軍潛艇擊沉，2515名艦員失蹤1435人，救起1080人。”艦長阿部大佐不在生還者之列，估計也覺着沒臉回去見人了。值得特别一提的是，兩年前的瓜達爾卡納爾海戰中，他二哥阿部弘毅中将損失了第一艘戰列艦“比叡”号，以緻于後來有人戲稱兩兄弟是陸軍派來的“奸細”。三兄弟中，隻有屬于陸軍的大哥阿部一郎大佐顯得有些默默無聞。
“信濃”号僅被命中4條魚雷就沉入大海，首先有其自身客觀條件不足的原因，其次水兵經驗不足使之失去了有組織的搶救，第三是它擁有一個豬頭艦長。還有一個重大原因大家誰都沒說出來，那就是護航艦隻中有第一祥瑞艦“雪風”号。
話實在說，“信濃”号僅是具有漂亮外表的空架子，其實根本不堪一擊。即便能夠躲過本次獵殺，它的命運也不外兩種結局：一是懾于美國強大的海空力量不敢出港，直到戰争結束；另一種結果就是像“大和”号一樣主動出擊，成為日本軍國主義的殉葬品。後來當海軍大臣米内光正向天皇報告“信濃”被擊沉的噩耗時，一向寡言少語的裕仁一反常态地張開了嘴：“此事可惜。”
恩萊特向珍珠港報告說，擊沉一艘“隼鷹”級航母。由于日軍嚴密封鎖了“信濃”号戰沉的消息，以緻于第十七特混艦隊的參謀們對恩萊特擊沉航母的戰績半信半疑。恩萊特提供的戰鬥報告以及繪制的被攻擊航母的外形圖使洛克伍德确信，他的部下确實做到了這一點。根據洛克伍德的申請，1945年3月恩萊特被授予海軍十字勳章。
至于美國人得到“信濃”号被擊沉的确切消息，已經是戰後的事情了。從日本人口中，尼米茲和洛克伍德方才得知，原來日本人竟然有這樣一艘超級航母在處女航中就被自己的潛艇擊沉。戴罪立功的恩萊特是以創下了潛艇單次戰鬥擊沉最高噸位的記錄。