3时9分，一或两枚鱼雷命中了她右舷的正中。由于夜幕笼罩，没有人知道扶桑号最后的下场。有日本目击者称扶桑号慢慢减速，然后断为两段，每一段都在水面上烧了一个多小时才沉没。美军也只看到了远处水面上燃起的大火，并没有确切看到船的形状。3时38分到3时50分内的某时，扶桑号沉没。由于船体迅速进水以及燃烧，幸存者极少。