Andelen ambulanser som nådde målets svarstid på åtta minuter för de mest brådskande samtalen föll långt under hälften i december.
Målet för att svara på kategori A-samtal är 65% - men i december var det bara 42,6%.
Den sjönk från 51,0 % i november 2014 och från 57,6 % från december 2013.
Statistiken var föremål för arga utbyten på premiärministrarnas frågor, och David Cameron beskrev dem som de "sämsta rekordet" och skyllde på "katastrofartade nedskärningar och vanskötsel" av walesiska NHS av arbetsmarknadsministrarna.
Labourledaren Ed Miliband anklagade Cameron för att ha ett "krig mot Wales" och använda Wales NHS för politisk propaganda.
Tracy Myhill, tillförordnad chef på Wales Ambulance Service, sade: "Vi uppskattar helt att detta innebär en oacceptabel nivå av service i hela hälso- och sjukvårdssystemet."
– Det finns ett antal förmildrande faktorer som vi måste ta hänsyn till.
"För det första tog vi mer än 40 000 samtal i december, vilket är rekordhögt för oss och långt över vad vi förutspådde för den månaden.
"För det andra, när du bryter ner vår "röda" kallar in röda 1s (omedelbart livshotande, t.ex. hjärtstillestånd) och röda 2s (allvarlig men mindre omedelbar tidskritisk, t.ex. misstänkt stroke), vi gjorde mycket bättre på de högre acuity röda 1 samtal (57,9%) än de röda 2 samtal (40,6%).
"Även om detta fortfarande inte är där vi vill att prestanda ska vara, visar det att vi fortfarande når majoriteten av våra mest kritiskt sjuka patienter inom åtta minuter."
Biträdande hälsovårdsminister Vaughan Gething sade att ambulansen behövde för att snabbt förbättra sitt svar på nödsamtal 999.
Ledare för de walesiska konservativa Andrew RT Davies har efterlyst "brådskande åtgärder" för att ta itu med den "beväpnande nedgången" i ambulansens svarstider.
Plaid Cymru hälso taleskvinna Elin Jones sade att sjukvårdare stod inför påtryckningar orsakade av "bristen på integration av hälso- och sjukvård och brist på planering".
Kirsty Williams, ledare för de walesiska liberaldemokraterna, sade att siffrorna var "absolut skrämmande och den walesiska labourregeringen borde skämmas".
En talesperson från den walesiska regeringen sade att siffrorna visade det enorma tryck som walesisk ambulanstjänst utsattes för under hela december månad.
"Efterfrågan på tjänsten var aldrig tidigare skådad, med tjänsten tar emot 40,147 samtal under månaden, eller omkring 1.295 per dag," talesman sade.
"De är dock en besvikelse och det finns ingen självbelåtenhet när det gäller behovet av att förbättra prestandan."
Siffrorna kommer som poliser över hela Wales sa att de tog patienter till sjukhus mer än 100 gånger förra månaden.
Ambulansens svarstider för de mest brådskande samtalen i Wales är de värsta, visar nya siffror.