护卫航母的八艘驱逐舰都奋勇参战，在夜幕掩护下朝着美军战列舰发射鱼雷。混战中，达州号驱逐舰被华盛顿号用探照灯罩住，随后便承受了两发406毫米主舰炮弹，正中军舰的中部，几乎把这艘2000吨的驱逐舰给拦腰炸碎，舰长室里的舰长当场粉身碎骨。几分钟后，因为折断龙骨的达州号在大爆炸中撕裂成两截，迅速被海水吞没。这是北华海军在辽美战争爆发后损失的第一艘舰艇。北华海军在开战后的“0损失”纪录至此被打破。
美军战列舰对北华军的巡洋舰和驱逐舰并不感兴趣，而是集中火力轰击本来就已经伤痕累累的吉林号和热河号航母。热河号在白天的海战中挨了三枚炸弹和两条鱼雷，伤势比吉林号还要严重，并且因为多个隔水舱被鱼雷炸穿而机动性大减，根本就没法撤退。夜战爆发二十分钟后，步履蹒跚的热河号被内华达号和俄克拉荷马号一起锁定，被陷入这两艘战列舰的交叉火力打击中。短短十五分钟内，热河号被十二发356毫米的舰炮炮弹命中，绝大部分都落在了甲板和侧舷主装甲带上，原本就已经被炸开三个窟窿的飞行甲板彻底被炸得不复存在，主装甲带千疮百孔，全舰燃起熊熊大火，并向一边歪斜倾覆，伤势和火势已经无法控制。
11时10分，内华达号向华盛顿发去一条著名的电报：我们干掉了北华军一艘航母！
在这同时，袁方乔用无线电对讲机命令热河号舰长张之英弃舰。
张之英已经悲痛得泣不成声，接到命令后，他热泪滚滚地道：“打死我也不弃舰！”
袁方乔道：“损失一艘航母，我也很悲痛，所有人都很悲痛，但我们不能情绪失控做出不理智的行为。你忘了少帅的嘱咐了？热河号没了，我们还能再造一艘，你这么一个富有实战经验的航母舰长没了，怎么再造一个？”
张之英忍住心如刀绞的痛苦和簌簌而落的眼泪，下达了弃舰命令，但他没有第一个上救生艇，而是让其他人先离开，并把能找得到的阵亡官兵的遗体都带走，自己最后一个离开。在张之英离开热河号的时候，海水已经淹没了三分之二个军舰，甲板上的海水也已经齐膝深。张之英在舰艏转了好几圈后，才被部下拉着上了救生艇。被海水完全吞没的热河号在海面上形成了一个巨大的漩涡，发出沉闷的低吼声。全舰1700多名舰员，共有1300多人幸存下来，死亡者并不特别多。
11时43分，热河号航空母舰沉没在斯里兰卡正南偏东90海里处，这是北华海军战沉的第一艘航空母舰。
而在这同时，已经驶离到十多海里外的吉林号也没有逃脱美军战列舰的追杀，北卡罗来纳号和华盛顿号一直穷追不舍，连续命中吉林号八发主舰炮弹。吉林号航母在白天共挨了两枚炸弹和一条鱼雷，动力系统基本没有问题，之前开得慢也是因为热河号航速很慢，海战爆发后，凌霄立刻命令吉林号全速撤退，把热河号和其他军舰都丢在了后面，这个命令在事后被人抨击他“胆小如鼠，抛下整个舰队却独自逃跑”，但偏护他的沈鸿烈认为这是正确的命令，起码可以保住一艘宝贵的航空母舰，沈鸿烈认为凌霄是为了保全吉林号才全力撤退的，而不是为了保住自己的命。但吉林号没有跑得过北卡罗来纳号和华盛顿号的炮弹，全舰被打得分崩离析，近乎解体。
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11时58分，在内华达号上的尼米兹和在北卡罗来纳号上的斯普鲁恩斯少将进行了这样的对话：
“那艘航母跑了吗？”
“没有跑，还在我方视界里，并且已经遭到重创，我看到大火正在航母上燃烧。”
“它会沉没吗？”
“十有八九会沉没，它坚持不到新加坡了。”
“可以停止追击了。”