“普林斯頓”號的傷亡人數甚至還沒有“伯明翰”號多——陣亡108人、傷190人。幾天後準備接任艦長的霍普金斯上校也在重傷者之列，他發現自己的腳和小腿之間只有幾根筋和少許肉相連。為防止傷口大出血，他拿出一條繩索當止血帶。軍醫匆匆趕來幫忙，看到上校被炸斷的腳已經無法保住，他就用匕首割斷剩餘的筋和肉，向殘肢上撒了些磺胺粉，還打了一針嗎啡。之後，兩名士兵抬著上校穿越大火來到了前部甲板。霍普金斯看到了布萊克上校，立即在擔架上向艦長敬禮：“長官，您允許我離開這艘船嗎？”布萊克的回答是肯定的，他本人也於16時53分最後離艦。
與此同時，飛行員特魯裡少尉還在波濤洶湧的海面上費力地遊向最近的一艘驅逐艦。雖然曾經是賓夕法尼亞大學最出色的游泳運動員，但當他遊近“埃爾文”號時還是累得筋疲力盡。一名水手爬下裝卸網，伸手將他拉上了甲板，這讓他感到無比感激。因為在海里喝下了過多苦澀的海水，加之遠距離游泳幾乎耗盡了所有體力，特魯裡爬上甲板就開始嘔吐。他並非唯一有這種症狀的人，許多從航母上游過來的人都嘔吐了。一些水手開始用消防水龍頭沖洗被嘔吐物弄髒的甲板。
到16時04分，人們發現“航母上的火勢已經取得了完全勝利。”之前在16時，米切爾已經向哈爾西報告了“普林斯頓”號的情況，並說明在它旁邊救火的“伯明翰”號上出現了重大人員傷亡。噩耗迅速傳到珍珠港，尼米茲感到極為痛心。他不明白，謝爾曼為什麼要派一艘巡洋艦去做驅逐艦就能完成的救援工作。
傍晚時分，米切爾再次與哈爾西通話，說明謝爾曼大隊的偵察機已經在呂宋島北端以東330公里處發現了日軍機動部隊。他建議放棄重傷的“普林斯頓”號，以全力應對來自北方的危機，同時避免“普林斯頓”號上的大火為敵機可能的夜襲導航。哈爾西授權他酌情自主處理受傷航母。
鑑於日軍機動部隊已經現身，而“普林斯頓”號看上去已無法挽救，17時05分，謝爾曼少將下令發射魚雷或以艦炮擊沉“普林斯頓”號。負責執行死刑的是驅逐艦“埃爾文”號。接下來發生的一幕為緊張的戰場添加了些許笑料。“埃爾文”號的甲板上擠滿了航母的倖存者，導致機動性大大降低。由於之前執行救援任務時距離航母太近，驅逐艦的魚雷發射管被撞壞。這就導致“埃爾文”號17時17分在2280米距離上射出的第一條魚雷嚴重走偏，差點沒能命中航母左前舷。1分鐘後，驅逐艦射出的第二條魚雷跑偏了。更加令人匪夷所思的是，17時20分射出的第三條魚雷在航行1400米後突然躍出水面，調頭向“埃爾文”號飛奔而來。艦長丹尼爾·米勒中校緊急規避，那條魚雷從艦尾9米外一掠而過。剛剛嘔吐完的特魯裡少尉目睹了這詭異的一幕。
17時28分，“埃爾文”號再次射出兩條魚雷，毫無例外均未命中。4分鐘後，驅逐艦向航母打出了27發127毫米炮彈。17時34分，“埃爾文”號射出的最後一條魚雷再次跑偏，嚇得附近的友艦紛紛規避，比見到日本人還驚慌。看到驅逐艦實在太不給力，謝爾曼命令“雷諾”號輕巡洋艦代為執行死刑。17時46、47分，“雷諾”號親自出馬向航母射出了兩條魚雷。其中第一條準確擊中航母前部航空燃油槽低端，其結果是約10萬加侖航空燃油引發了一次劇烈爆炸，直接將航母撕成了碎片。
17時50分，倔強的“普林斯頓”號戀戀不捨地沉入北緯15度12分、東經123度35分的冰冷海底。這天距它下水服役三年零6天，距美軍在聖克魯斯海戰損失上一艘航母“大黃蜂”號差2天兩年。“普林斯頓”號因此成為美軍二戰損失的最後一艘快速航母。在四個月前的馬里亞納海戰中，小澤動用手中所有的海航精銳，費盡九牛二虎之力也沒能敲掉一艘美軍航母。這次福留手下的菜鳥居然擊沉一艘美軍航空母艦，的確有些出人意外。
當天晚上，特魯裡只能睡在“埃爾文”號軍官室的餐桌上。一艘小小驅逐艦一下子擠上來663人——幾乎是驅逐艦編制人數的三倍——能找到這樣的棲身之所已經算不錯了。第二天，特魯裡被送上“伯明翰”號，隨這艘倒黴的軍艦一起向珍珠港返航。航途之中，他在巡洋艦上的甲板上走來走去，看到右舷佈滿了大小不一的窟窿。雖然水兵們已對艦體進行了清洗，但他仍能從鋼板縫中依稀發現一些血跡和人肉。“這種情境讓任何人都感到慚愧，”特魯裡說，“從這一天起，每當我感到自滿的時候，‘伯明翰’號的記憶就能讓我清醒，並迅速回到現實中來。”
“普林斯頓”號不幸戰沉，霍普金斯上校不但失去了出任艦長的機會，還失去了一隻腳。雖然按上了一個假腳，但他仍因殘廢被勒令從海軍退役。自海軍進入蒸汽機時代以來，還從未出現過一位獨腳艦長。霍普金斯不是一個願意輕易退縮的人，他強烈請求海軍讓他繼續服役。後來當聽說一艘新建的埃塞克斯級重型航母將被命名為“普林斯頓”號（舷號CV-37）時，他強烈請求由自己出任艦長，因為“我比其他申請人都更前進一步”。他的理由也許並不充分，但精神可嘉。可能考慮到戰爭已經接近尾聲，這艘新航母已不可能參加戰鬥，海軍部還真接受了他的請求，由他出任新“普林斯頓”號的首任艦長。不過那已經是戰爭結束之後1945年11月18日的事情了。
雖然“普林斯頓”號遭襲受傷吸引了美軍的注意力，但在安排部分艦船執行救援任務之後，10時50分，謝爾曼少將還是派出了第一波攻擊機群——對慄田來說是第三波。來自“列剋星敦”號的8架戰鬥機、10架俯衝轟炸機和16架魚雷機在大隊長西奧多·溫特斯中校的率領下朝錫布延海隆隆飛去。由於敵艦隊中有為數眾多的戰列艦和重巡洋艦，美軍機群中魚雷機的比例大大提高。僅3分鐘後的10時53分，“埃塞克斯”號的8架“地獄貓”、10架“地獄俯衝者”和16架“復仇者”也起飛了。
慄田中將早就預料到，美軍第三波空襲的到來只是時間早晚問題。就在他猶豫是否讓受傷的“武藏”號返航之時，12時54分，驅逐艦“島風”號報告說：240度方位發現美軍機群。慄田剛剛下達完艦隊加速至24節的命令，第五巡洋艦戰隊司令官橋本中將又報告在240度方位、20000米距離發現美軍潛艇。慄田命令第一部隊減速至18節。13時12分，第二部隊下屬第十驅逐艦戰隊司令官木村進少將再次報告發現美機，慄田重新下令增速至24節。僅2分鐘後，“武藏”號報告說只能維持22節航速。為照顧受傷的鉅艦，慄田又下令艦隊變航速為22節——日本人可真夠忙活的。
“列剋星敦”號美軍機群分成兩隊，對相距約12公里的日第一、第二部隊發起攻擊。24日對處於後方的第二部隊來說可謂吉星高照。在遭受美機27分鐘的進攻中，第二部隊損傷輕微。僅“矢矧”號在13時28分遭到3架俯衝轟炸機攻擊，艦首右舷捱了一顆近失彈，揚錨機室起火，水線以上被炸開一個3米長的大口子，進水導致該艦航速降低到22節。此外，美機14時到14時05分對第二部隊的進攻被成功逼退，沒有出現任何損失。
絕大多數美機將攻擊目標對準了慄田第一部隊，它們似乎對大塊頭的“大和”號和“武藏”號格外感興趣。命中“大和”號右舷前部的一顆炸彈引發了火災，所幸僅10分鐘後就被撲滅。另一顆炸彈在右舷外側取得近失，造成的損害對皮糙肉厚的“大和”號來說幾乎可以忽略不計。在錫布延海海戰中，“大和”號的運氣似乎一直都很好。
更多美機將目標鎖定了步履蹣跚的“武藏”號。當那些460毫米巨炮緩緩抬頭指向東方時，全艦官兵都異常興奮。美機從遠方快速襲來，“武藏”號的9門主炮一起發出怒吼，炮聲震耳欲聾，戰列艦的巨大艦體都像在震顫。滿懷希望的越野中佐失望地發現，沒有1架敵機墜海，他們暫時散開後繼續飛來。
