Pada 10 Disember 1941, selepas gagal menjumpai sebarang pasukan penjarah Jepun, dan berpatah keselatan, pesawat udara Jepun dilihat. Armada itu diserang oleh 86 pesawat udara Jepun dari 22nd Air Flotilla bertempat di Saigon, yang attacked both Prince of Wales and Repulse. Dalam serangan yang berlangsung, Repulse dikendalikan dengan baik oleh Kaptennya, Bill Tennant, yang berjaya mengelak beberapa serangan torpedo. Bagaimanapun nasib Repulse tidak bertahan dan ia terperangkap dalam serangan penyepit yang diselaraskan dengan baiknya oleh juruterbang Jepun dan terkena hentaman empat hingga lima torpedo secara berturut-turut.

HMS Repulse telah dirobek maut dan mula senget kesebelah kanan (port) bagi tempoh sekitar enam minit. Ia jelas bahawa ia akan tenggelam, dan tenggelam dengan pantasnya, menyebabkan Tennant memerintah meninggalkan kapal. Repulse akhirnya terbalik dan tenggelam pada 12:23. Cerita mengenai penenggelaman Repulse diceritakan dalam buku 1942, Suez to Singapore, ditulis oleh pemberita perang (CBS Radio) Cecil Brown.[1]

Sungguhpun ia merupakan sebuah kapal yang lebih lama berbanding Prince of Wales, Repulse terselamat hentaman bom dan berjaya mengelak 19 topedo sebelum tenggelam dalam tempoh 20 minit selepas terkena 4 hentaman torpedo. Bagaimanapun, tidak seperti Prince of Wales, apabila Repulse's tenggelam ia jauh lebih cepat dan mengakibatkan kehilangan nyawa yang lebih besar.

Kapal pembinasa HMS Electra dan HMS Vampire bergerak untuk menyelamatkan yang terselamat dari Repulse, sementara Express menyelamat mereka dari Prince of Wales. Sungguhpun selepas diselamatkan, sesetengah yang terselamat dari Repulse mengendali Stesyen Tindak ('Action Stations) di Electra, untuk membebaskan pelaut Electra untuk menyelamatkan lebih ramai orang. Khususnya, jurutembak Repulse mengendali 'X' dan 'Y' 4.7 inci tenggekan, dan doktor gigi kapal Repulse membantu pasukan perubatan Electra dengan mereka yang tercedera. Keseluruhannya, 1,285 kakitangan Repulse diselamatkan, dari mana 571 diselamatkan oleh Electra; 327 mati. Electra dan kapal pembinasa lain kemudiannya kembali ke Singapura untuk menurunkan yang terselamat. Penengelaman kapal Repulse dan Prince of Wales oleh serangan udara menunjukkan bahawa kapal utama terdedah kecuali dilindungi oleh kapal terbang dari daratan atau dari kapal induk.

Tapak penengelaman dinamakan Tempat Dilindung 'Protected Place' pada 2001 di bawah Akta Perlindungan Peninggalan Tentera 1986 - (Protection of Military Remains Act 1986), hanya sebelum ulang tahun ke-60 penengelamannya.