第7枚炸彈擊中中央高射炮兵休息所，把旗甲板以下前桅後部大部炸毀。第8枚炸彈落到左舷第62號肋骨附近，將上甲板第5乘員艙和中甲板醫療室炸毀。
第9枚炸彈擊中前部主炮塔，炸出直徑10厘米，深20厘米的大洞。第10枚命中右舷第75號肋骨，炸毀了軍官室，造成最上層甲板出現縱向大裂紋。魚雷造成的創傷也很大。有5枚魚雷分別命中左舷第40、60、70號肋骨和右舷第80、105號肋骨處，造成裝甲內凹，大量進水。
此外，還有6枚命中左舷。其中一枚擊中第125號肋骨附近，第8鍋爐房嚴重進水。一枚擊中第145號肋骨處，爆炸將第2次空襲時突出的第4機械室側壁炸去約10米長的一段，第4機械室被水淹沒。同時，爆炸還使得第2機械室供水泵下出現破口，水進入第二機械室，使之停止運轉。“武藏”號隻剩二軸推進。一枚擊中第165號肋骨處，3號炮塔彈藥庫被貫穿，通風管進水，彈藥庫內水深及膝。
水還漫及第6號高射炮彈藥庫、後部羅針儀室、左推進機軸室。還有3枚都幾乎擊中同一位置——第140號肋骨附近。第一枚魚雷爆炸，將裝甲板壓凹、破壞；後兩枚沒有爆炸，而是貫穿進25毫米機關炮彈藥庫，造成進水擴大。
此時，“武藏”號向左傾斜10度，艦首吃水由4米增大到8米以上，一號炮塔前的左舷最上層甲板已經大部浸沒水下。雖然“武藏”號的官兵奮力搶救，通過注排水將左傾減少到6度，但是前傾的狀態幾乎沒有改善。
15:30時後，“武藏”號已經喪失了動力。16:21時，“武藏”號修複了舵機，但是由於可注水區域已經全部注水，因此左傾10度以及艏傾無法改正。第1戰隊司令宇垣中將發信號：請全力保全“武藏”號。“武藏”號為了糾正傾斜將甲板上的重物都移到右舷，左主錨也被拋棄。1800時，宇垣詢問豬口艦長“自航可能嗎？”15分鍾後得到的回答是“右舷內側推進軸運轉可能，操舵沒問題”。
然而，這是“武藏”號最後的信號。之後，“武藏”號左傾又恢複到10度，向右舷第3、7、11號鍋爐房和第3機械室注水沒有任何效果。19:15時，傾斜增大到12度，豬口判斷軍艦必然沉沒，下令棄艦。15分鍾後，棄艦正式開始，傾斜增大到30度，並且在加速傾斜。
突然間，這個7萬噸的龐然大物猛然翻了個身，向左傾覆，同時艦體內還傳來爆炸聲。最終，沉沒在北緯13度7分，東經122度32分的水域，艦上名官兵有1021人喪生。“武藏”號總共被19條魚雷和17顆航空炸彈直接擊中。
性能數據
標準排水量：64000噸，滿載排水量：72810噸；尺寸：全艦長263米，水線長256米，艦寬389米，吃水104米。
動力：12座鍋爐，主機功率150000馬力，4軸，3舵；航速：27節，續航力：7200海裏/16節。
武備：9門三聯裝460毫米/45倍口徑主炮，三聯裝155毫米口徑副炮4座（改裝拆除2座），雙聯裝127毫米口徑高射炮6座，三聯裝25毫米口徑高射炮8座（改裝後130門）。
裝甲：側舷裝甲帶（最大）410毫米，炮塔（正麵）650毫米，炮座560毫米，彈藥艙頂板270毫米，上層甲板55毫米，主甲板200毫米，指揮塔495毫米。
艦載機：6架水上飛機。
艦員2500人。