マレー沖海戦 経過
なお、日本軍航空隊は救助作業を行うイギリスの駆逐艦を攻撃せず、救助作業を妨害しなかった。これには2つの理由があり、1つ目は、爆弾や魚雷を使い果たした上に燃料が少なかったことで、戦後、須藤（一式陸攻雷撃隊）から事情を聞いたプリンス・オブ・ウェールズのゴーディ機関長は落胆している。2つ目の理由は美幌航空隊の壱岐春記大尉のようにイギリス海軍将兵の戦いぶりに敬意を表したもので、残った機銃で機銃掃射をし、救助作業を妨害することも可能であったにもかかわらず、それをせずに帰還している。生存者の一部はシンガポールに上陸したものの、その後のシンガポール陥落時に日本軍の捕虜となってしまった。
合計4-5本(日本軍主張7本、海底調査では4本)の魚雷が命中したプリンス・オブ・ウェールズは航行不能になり、左舷艦尾から沈み始めた。左舷外側推進器は魚雷命中の衝撃で大きく内側に曲がり、左舷内側推進器のシャフトに覆いかぶさるように変移していた。また右舷外側推進器も右舷後部の浅い位置に命中した魚雷によって破壊されてスクリューが脱落しており、右舷内側推進器のみが使用可能の1軸運転となっていた。また発電機室の浸水により艦後部の広範囲が停電し、舵操作も出来なかった。
魚雷・爆弾の命中数に関して日英の資料で次のような食い違いがある。
日本側は至近弾による水柱を魚雷の命中と誤認したという指摘もある。2007年に行われた詳細な海底調査では、プリンス・オブ・ウェールズの船体には左舷1か所右舷3か所の破孔が認められるのみであった。
駆逐艦エクスプレスがカートライト艦長の判断で乗員救助のためプリンス・オブ・ウェールズの右舷に横付けし乗組員の収容を始めた。ジョン・リーチ艦長は負傷者のみエクスプレスへの移乗を許可し、残る乗組員には戦闘配置につきプリンス・オブ・ウェールズをシンガポールへ回航させると演説した。
後日、日本軍の捕虜となったウェールズ生存者（ポンポン砲銃兵）の証言によれば、トーマス・フィリップス提督は幕僚の退艦要請に対し「ノー、サンキュー」と拒み、退艦する将兵に手を振った。一方、英戦艦の艦腹から海に飛び込んだ姿も数人に目撃されており、またヒラリー・ノーマン水雷中佐は救命胴衣をつけたフィリップの遺体が海面を漂うのを目撃している。「艦長が艦と運命を共にするのは無益だ」と公言していたリーチ（en) 艦長は付近の海面上で目撃されたが、生還しなかった。イギリス側の証言によれば、転覆時に海に投げ出されて行方不明になったという。
午後2時30分、三番索敵機（帆足予備少尉機）が戦場に戻り、英艦隊の監視を行う。レパルスは既に沈没し、プリンス・オブ・ウェールズは艦中央と艦尾で火災が発生し、艦首は東を向いて惰性で動いていた。日本時間午後2時50分（現地時間13時20分）、プリンス・オブ・ウェールズは左へ転覆し艦尾から沈没した。帆足機は「レパルス型1420ごろ、キング・ジョージ型1450ごろ爆発沈没せり。駆逐艦、レパルスの救助作業につとめたるも、わずかに収容せるのみ。キング・ジョージ型は総員艦と運命をともにせり」と報告し、大本営発表もこれに準じている。実際のウェールズ戦死者は士官20名、下士官兵307名（全乗組員士官110名、下士官兵1502名）、であり、またバッファロー戦闘機隊指揮官は沈没寸前に火焔と黒煙が上がるも大爆発はなかったと証言している。
午後2時45分、オーストラリア第453飛行隊のブリュースターバッファロー戦闘機 11機が戦場に到着、完全に転覆し、艦尾から沈んでいくプリンス・オブ・ウェールズを目撃した。帆足機はバッファロー8機を視認して積乱雲に退避。午後9時20分にサイゴン基地に着陸して13時間の索敵任務を終えた。また、テネドスは無事にシンガポールに帰還した。
イギリス戦艦2隻撃沈の戦果は昭和天皇に報告され、天皇は「ソレハヨカッタ」と喜んだ。また「聯合艦隊航空部隊ハ敵英國東洋艦隊主力ヲ南支那海ニ殲滅シ威武ヲ中外ニ宣揚セリ　朕太タ之ヲ嘉ス」の勅語を示した。1942年（昭和17年）4月15日、連合艦隊司令長官山本五十六大将はマレー沖海戦に参加した航空隊および隊員に感状を授与した。
日本軍は大本営発表（昭和16年12月10日午後4時5分）として「帝国海軍は開戦劈頭より英国東洋艦隊特にその主力艦二隻の動静を注視しありたるところ、九日午後帝国海軍潜水艦は敵主力艦出動を発見、爾後帝国海軍航空隊と緊密なる協力の下に捜索中本十日午前十一時半マレー半島東岸クアンタン沖において再び同潜水艦これを確認せるを以て帝国海軍航空部隊は機を逸せず、これに対し勇猛果敢なる攻撃を加へ午後二時廿九分戦艦レパルスは瞬時にして轟沈し同時に最新式戦艦プリンス・オブ・ウエールズは忽ち左に大傾斜暫時遁走せるも間もなく午後二時五十分大爆発を起し遂に沈没せり、ここに開戦第三日にして早くも英国東洋艦隊主力は全滅するに至れり。」を行い、イギリス東洋艦隊主力の撃滅を宣伝した。写真週報第201号（昭和16年12月31日号）では「比類なき戰果　マレー沖海戰 撮影海軍省　十二月十日、マレー半島東岸クワンタン沖でわが海軍航空隊必殺の猛撃を浴びあへない最後ととげる英國東洋艦隊旗艦プリンス・オヴ・ウェールス號と戰艦レパルス號断末魔の姿―手前の白い水煙に包まれてゐるのはわが海鷲の適確な集中爆撃を浴びてゐるウェールス號、遠くは轟沈寸前のレパルス號」として撃沈された戦艦を写した写真とともに公表されている。
12月18日、第二次攻撃隊長だった壱岐春記海軍大尉はアナンバス諸島電信所爆撃任務からの帰路両艦の沈没した海域を通過し、機上から沈没現場の海面に花束を投下して日英両軍の戦死者に対し敬意を表した。
宇垣纏連合艦隊参謀長は、イギリス戦艦2隻を引き揚げ修理した上で日本海軍への編入を思案したが、実現しなかった。軍令部もプリンス・オブ・ウェールズの引き揚げと調査のため、サルベージの手続きをとっている。
イギリス東洋艦隊の2戦艦が撃沈された時点で、まだシンガポールには重巡洋艦エクセター、軽巡洋艦モーリシャス、ダナイー級軽巡洋艦ダーバン、ダナイー、ドラゴン、駆逐艦ジュピター、エンカウンター、ストロングホールド、スコット、サーネット、オランダ海軍のジャワ級軽巡洋艦ジャワ、アメリカ海軍の駆逐艦ホイップル、ジョン・D・エドワーズ、エドソール、オールデンがあった。このうち4隻のアメリカ駆逐艦部隊はシンガポールを出航して戦地に向かい、帰路に就く駆逐艦エクスプレスらと遭遇した。エクスプレスは戦闘が終了したことを伝えた。アメリカ駆逐艦部隊は北上を続け、漂流者の捜索を行ったが発見できなかった。
この海戦の結果、インド洋に進出していた東洋艦隊の大部分が日本軍の航空攻撃を警戒し、マレー方面進出を断念したためマレー作戦は順調に進行した。しかし、残存艦はスラバヤ（ジャワ島）に後退してABDA司令部指揮下でABDA艦隊を編成し、1月24日にはアメリカ駆逐艦部隊による攻撃（バリクパパン沖海戦）でボルネオ島上陸部隊が妨害を受けるなど予断は許されない状況であった。
戦艦プリンス・オブ・ウェールズは1941年（昭和16年）8月上旬に行われた大西洋会談においてフランクリン・ローズベルト（アメリカ合衆国大統領）とウィンストン・チャーチル（イギリス首相）が乗艦し、大西洋憲章が結ばれた場所でもある。
当時のイギリス首相ウィンストン・チャーチルは、著書の中でマレー沖海戦でこの2隻を失ったことが第二次世界大戦でもっとも衝撃を受けたことだと記している。また議会に対して「イギリス海軍始って以来の悲しむべき事件がおこった」と報告した。
沈没したプリンス・オブ・ウェールズは水面下68 m（223フィート）の位置で見つかり、不法ダイバーに盗まれるのを危惧したことから2002年になってベルが取り外された。ベルはリバプールの博物館（Merseyside Maritime Museum）で展示されている。レパルスはさらに浅い40メートルの海底に沈んでおり、海面から船体が視認できる状態である。双方の艦とも完全に転覆した状態で海底に横たわっている。