USS Tang (SS-306)
Chuyến tuần tra cuối cùng

Sau khi nâng cấp và tái trang bị, Tang bắt đầu chuyến tuần tra thứ năm và khởi hành ngày 24 tháng 9. Sau khi được tiếp nhiên liệu tại đảo Midway, con tàu di chuyển về eo biển Đài Loan ngày 27 tháng 9. Để tiến vào vùng biển này, Tang phải di chuyển qua khu vực có mật độ tuần tra dày đặc bởi người Nhật. Khu vực từ Formosa lên phía đông bắc được rải mìn, và O'Kaneh đứng giữa hai sự lựa chọn: cho tàu di chuyển lên phía bắc hòn đảo một mình hoặc tham gia vào nhóm tàu ngầm (Silversides, Trigger, và Salmon, dưới sự chỉ huy của Trung tá John S. Coye, Jr., soái hạm là Silversides) đang làm nhiệm vụ tuần tra ở khu vực đông bắc Formosa, và sẽ di chuyển cùng họ. O'Kane chọn sẽ vượt qua eo biển một mình, và ba tàu còn lại, cũng như các căn cứ khác sẽ không nhận được bất cứ tín hiệu nào nữa từ Tang từ lúc con tàu rời Midway.
Đêm ngày 10-11 tháng 10, Tang bắn chìm tàu vận tải Joshu Go và Ōita Maru. Con tàu tiếp tục nhiệm vụ tuần tra tới ngày 23 tháng 10 và phát hiện một đoàn tàu lớn bao gồm ba tàu chở dầu, một tàu chở quân, một tàu vận tả và nhiều tàu hộ tống các loại. Thiếu tá O'Kane lên kế hoạch cho tàu nổi lên mặt nước và sẽ thực hiện các cuộc tấn công vào buổi tối. Tang di chuyển vào giữa đội hình tàu địch và bắn ngư lôi ngay sau khi thu hẹp khoảng cách với nhóm tàu chở dầu (được xác định sau đó là tàu vận tải). Hai ngư lôi bắn trúng khi vực khoang chứa và phòng máy của con tàu gần nhất,  một quả trúng vào đuôi tàu của chiếc ở giữa đội hình và hai quả trúng vào con tàu ở xa nhất, khiến chúng bốc cháy và chìm dần. Khi Tang đang chuẩn bị bắn vào một mục tiêu di chuyển phía sau đuôi tàu của nó, một chiếc tàu chở quân cố gắng tiếp cận để đâm chìm Tang. Do không kịp thời gian để lặn xuống, Tang tăng tốc và vượt qua mũi của con tàu chở quân và đánh lái mạnh sang phía bên trái để tránh phần đuôi tàu bị húc phải. Tàu chở quân đó buộc phải rẽ khẩn cấp để tránh một con tàu chở dầu, cũng đang lao đến để đâm chiếc Tang. Chiếc tàu chở dầu sau đó đâm vào mạn phải của chiếc tàu chở quân ngay sau khi Tang phóng bốn quả ngư lôi ở đuôi tàu về phía hai con tàu. Chiếc tàu chở dầu chìm trước và tàu chở quân nghiêng nặng 30°. Khi các tàu hộ tống tiến sát về mạn trái và một khu trục hạm tiến gần về mạn phải tàu, Tang tăng tốc tối đa và trốn thoát ra biển. Khi đạt được khoảng cách hơn 5.500 mét, thủy thủ đoàn của Tang phát hiện ra thêm một vụ nổ nữa ở khu vực giao chiến vừa rồi.
Sáng ngày 24 tháng 10, Tang mở kính tiềm vọng và tiếp tục nhiệm vụ tuần tra. Con tàu nổi lên vào tối và tiến về gần khu vực đảo Turnabout (25°25′53″B 119°56′24″Đ﻿ / ﻿25,431493°B 119,93989°Đ﻿ / 25.431493; 119.93989). Khi đang tiếp cận hòn đảo, radar của tàu phát hiện nhiều đốm tròn trên màn hình đến mức trở nên vô dụng. Tang sớm phát hiện và xác nhận được vị trí của một đoàn tàu rất lớn bao gồm các tàu chở dầu chở máy bay và các thùng linh kiện máy bay chất xung quanh phần mũi và đuôi tàu. Khi chiếc tàu ngầm tiếp tục bám theo đoàn tàu Nhật dọc theo bờ biển, chỉ huy lực lượng hộ tống cảm thấy nghi ngờ và cho phát tín hiệu bằng đèn rọi cỡ lớn. Việc phát đèn rọi khiến toàn bộ đoàn tàu bị lộ giữa đêm tối, và Tang bắt đầu chọn mục tiêu đầu tiên, một tàu vận tải 3 tầng cỡ lớn, mục tiêu thứ hai là một tàu nhỏ hơn, và một tàu chở dầu làm mục tiêu thứ ba. Khoảng cách từ Tang tới các tàu là 820-1.280 mét. Sau khi bắn hai quả ngư lôi vào mỗi mục tiêu, Tang di chuyển song song với đoàn tàu để chọn mục tiêu tiếp theo. Tang sau đó phóng ngư lôi ở đuôi tàu vào một tàu vận tải và một tàu chở dầu khác.
Trong lúc Tang đang tăng tốc để tránh khỏi làn đạn đang bắn dữ dội về phía tàu, một khu trục hạm đi ngang qua con tàu chở quân và tiến về chỗ con tàu ngầm. Tàu chở dầu phát nổ, và cột nước được phát hiện bên cạnh chiếc tàu chở quân. Vài giây sau đó, chiếc khu trục hạm phát nổ, có thể do trúng quả ngư lôi thứ ba của Tang hoặc do trúng đạn của hai tàu hộ tống đang di chuyển gần đó. Chiếc tàu chở quân chết đứng giữa biển và Tang di chuyển ra xa thêm 73 mét và nạp hai quả ngư lôi cuối cùng để kết liễu con tàu kia. Quả ngư lôi thứ 23 được phóng ở khoảng cáhh còn 820 mét và được báo cáo là hoạt động bình thường. Báo cáo xác nhận đêm hôm đó Tang đã đánh chìm hai tàu vận tải Kogen Maru (6.600 tấn) và Matsumoto Maru (7.000 tấn).
Lúc 02:30 sáng 25 tháng 10, quả ngư lôi thứ 24 và cũng là quả cuối cùng (ngư lôi Mark 18), được phóng khỏi mũi tàu. Tuy nhiên, quả ngư lôi bất ngờ rẽ sang bên trái và chạy theo hình vòng tròn về phía Tang. Tang nhanh chóng lặn khẩn cấp để tránh quả ngư lôi chạy lỗi kia nhưng đã quá muộn, quả ngư lôi đâm vào phòng ngư lôi ở đuôi tàu, khoảng 20 giây sau khi được phóng. Vụ nổ dữ dội bùng lên và cướp đi sinh mạng của nhiều thủy thủ. Con tàu chìm dần về phía đuôi tàu và khiến cả ba khoang chính ở đuôi bị ngập nặng. Trong tổng số chín sĩ quan và thủy thủ trong đài chỉ huy, bao gồm O'Kane, ba người đã trốn thoát được và phải bơi suốt đêm tới khi đựoc cứu tám giờ sau đó. Một sĩ quan nữa đã thoát được khỏi đài chỉ huy bị ngập và được cứu cùng những người khác.
Chiếc tàu ngầm chìm xuống độ sâu 55 mét và khoảng 40 người sống sót đã kịp tập trung lại ở phòng ngư lôi ở mũi tàu, và chuẩn bị sử dụng lỗ thoát hiểm khẩn cấp. Toàn bộ tài liệu mật đều được tiêu hủy và tất cả tập hợp lại ở phòng thoát hiểm. Tuy nhiên quá trình thoát hiểm đã gặp nhiều trì hoãn do các đợt rải mìn sâu liên tục của tàu tuần tra Nhật Bản, tạo ra đám cháy ở phòng pin phía trước. Lúc 06:00 sáng 25 tháng 10, nhờ thiết bị sinh tồn - máy tái tạo khí Momsen Lung, 13 sĩ quan và thủy thủ đã thoát ra được khỏi phòng ngư lôi ở mũi tàu. Vào thời điểm người thứ 13 thoát ra, sức nóng của phòng pin mạnh đến mức làm tan chảy các vách ngăn khiến nước tràn mất kiểm soát vào trong con tàu đang chìm. Trong số 13 người thoát được khỏi phòng ngư lôi, chỉ có năm người được cứu sống. Một người nữa được phát hiện gần nhóm năm người nhưng người đó bị thuơng quá nặng nên không thể cứu được. Tổng cộng 78 sĩ quan và thủy thủ của Tang thiệt mạng.
Chín người sống sót, bao gồm O'Kane, được vớt lên bởi tàu Kaibokan CD-34. Những thủy thủ của các tàu vận tải sống sót qua những đợt tấn công của Tang cũng có mặt ở đó, và họ đã tấn công và đánh đập người của O'Kane. Chín người sống sót được đưa về một trại tù binh ở Ōfuna, nơi họ được thẩm vấn bởi các cơ quan tình báo Nhật Bản. Họ đều sống sót qua chiến tranh và được quân đội Đồng Minh giải cứu sau khi Nhật Bản đầu hàng.
Tang được xóa khỏi Danh sách Đăng bạ Hải quân vào ngày 8 tháng 2 năm 1945.