В 08 ч 00 мин британские корабли подошли к Куантану, но никаких сил вторжения там не обнаружили. Адмирал Т. Филлипс решил поискать их северо-восточнее, предположив, что японский десант еще не подошел к своей цели (в действительности его просто не было).
В 08 ч 30 мин эсминец "Тенедос" сообщил, что по пути в Сингапур его атаковали японские самолеты. Но Т. Филлипс не запросил истребительное прикрытие. Он считал, что его корабли находятся за пределами зоны действия японской авиации берегового базирования и надеялся на собственные зенитные огневые средства. На линкоре "Принс оф Уэлс" и линейном крейсере "Рипалс" имелось 36 зенитных пушек калибром 114 и 133 мм, 16 трехствольных и четырехствольных 40-мм автоматов, 20 пулеметов. Потеряв более двух часов на поиски несуществующего десанта, соединение "Z" направилось в Сингапур.
С помощью радаров первые японские самолеты были обнаружены с английских кораблей в 10 ч 30 мин. В это время они шли курсом 95° со скоростью 20 узлов, на них была объявлена воздушная тревога. Море было спокойным, видимость – отличной. Вскоре показались 9 бомбардировщиков, которые атаковали корабли в сомкнутом строю с высоты около 3000 м. Британские корабли увеличили скорость хода до 25 узлов. В 11 ч 13 мин "Принс оф Уэлс" открыл огонь из 133-мм зенитных орудий, вскоре заговорили и зенитки "Рипалса". Японские самолеты пролетели мимо флагманского корабля и сбросили по 250-кг бомбе на "Рипалс". Одна из бомб попала в ангар, на линейном крейсере начался пожар.
Линейный корабль "Принс оф Уэльс" (Камуфляжная окраска в различные периоды службы)
В 11 ч 30 мин появились 9 японских торпедоносцев, которые, следуя друг за другом на большом расстоянии, пересекли курс британских кораблей, использовали облачность для скрытого маневра и начали атаковать линкор группами по 2-3 самолета. Налет был организован очень четко, торпедоносцы умело уклонялись от зенитного огня и сбрасывали торпеды с высоты 915-1830 м, т.е. значительно большей, чем было принято в британской авиации.
Следы торпед были видны хорошо, и "Принс оф Уэлс" резко повернул влево, уклоняясь от них. Но все же в 11 ч 44 мин одна из торпед попала в левый борт линкора у башни 133-мм орудия. Последствия попадания единственной торпеды с зарядом 400 кг, тем не менее, оказались катастрофическими и в конечном итоге обусловили гибель корабля.
Его крен на левый борт очень быстро достиг 11,5°, вышел из строя внешний гребной вал, и скорость хода линкора упала до 15 узлов, но кроме того, было повреждено рулевое устройство, так что корабль почти потерял управляемость. Забортная вода хлынула в коридор гребного вала, а через него в кормовое машинное и котельное отделения, затопило, кормовые погреба боеприпасов. Распространяясь к носу, она проникла и в погреба 133-мм орудий. Пять из восьми генераторов были выведены из строя, прекратилась подача электроэнергии в кормовую часть корабля, из 133-мм орудий только два могли вести огонь. Нехватка электроэнергии сказалась на работе насосов и средств внутренней связи.
В 12 ч 10 мин "Принс оф Уэлс" сигнализировал, что он потерял маневренность, а через 10 мин линкор был атакован 9 торпедоносцами, которые, сбросив торпеды, обстреляли на бреющем полете надстройки корабля из пулеметов. Линкор не имел возможности уклониться в его правый борт попали 4 торпеды. Первые две в 12 ч 21 мин: одна ближе к носу на уровне волнореза, другая – у башни 133-мм орудия № 4. Через полминуты третья торпеда поразила корабль у башни "В". Наконец, четвертая в 12 ч 33 мин попала в тот же борт в районе матросских кубриков. Внешний гребной вал левого борта полностью остановился, скорость хода линкора упала до 8 узлов. Затопление отсеков по левому борту уменьшило крен корабля до 3°, но его дифферент на корму достиг 6,1 м.
В 12 ч 35 мин после попадания четырех торпед перевернулся и затонул линейный крейсер "Рипалс". Его командир капитан первого ранга Теннант, своевременно приказал команде покинуть корабль, так что эсминцы "Электра" и "Вэмпайр" подняли на борт 496 человек из его команды (1043 чел.).