タラカン島
修理後は再びタラカン島、バリクパパンからの燃料輸送に従事。1943年（昭和18年）11月22日に第三艦隊第二補給部隊に編入され、翌11月23日に駆逐艦「秋雲」の護衛によりクェゼリンに向かう。しかし、2日後の11月25日午後、「東亜丸」と「秋雲」はアメリカ潜水艦「シーレイヴン」 ("USS Searaven, SS-196") の発見するところとなる。シーレイヴンは魚雷を4本発射し、うち1本が「東亜丸」の機関室に命中しての地点で沈没した。指揮官の来島茂雄大佐以下、船長を含む乗員117名は「秋雲」に救助された。1944年（昭和19年）1月5日に除籍・解傭。