В первое мгновение после попадания торпед корабль сильно встряхнуло, ощущение было такое, словно крейсер наскочил на песчаную мель и резко остановился. Взрыв в кормовом машинном отделении, кроме многочисленных жертв, принес страшные разрушения. Через огромную пробоину начала быстро поступать вода, были выведены из строя системы и механизмы энергообеспечения, корабль остался без электроэнергии. Это означало, что в распоряжении экипажа для борьбы за живучесть остались только переносные малоэффективные средства, к тому же погасло освещение, и морякам пришлось действовать практически в полной темноте.
Весь личный состав вахтенной смены кормового машинного отделения погиб сразу. Сила взрыва была настолько большой, что его действие распространилось в смежные помещения. Над этим машинным отделением находились две кают-компании: одна младшего офицерского состава, другая старшин корабля, а над ними помещения отдыха, называемые моряками «питейной галереей». По несчастливому стечению обстоятельств, эти помещения были заполнены сменившимися с вахты людьми. Взрыв, распространившийся в вертикальном направлении, разрушил эти помещения и пробил настил главной палубы. Потери были огромные: из 275 находившихся там моряков погибло 234. Сильно обожженные и раненые люди, уцелевшие в этом аду, вспоминали потом, что словно огненный шар поглотил их товарищей. Как ни странно, пожар не получил развития, однако помещения крейсера наполнились едким густым дымом.
Второй взрыв пришелся на незащищенную броней и противоторпедными булями носовую оконечность. В результате была оторвана почти по первую башню главного калибра 20-метровая оконечность корабля. Следует отметить, что крейсер потерял бак уже в третий раз, впервые это произошло во время второй мировой войны, а во второй раз при столкновении с однотипным кораблем «Новено де Хулио». Больших потерь среди личного состава и техники этот взрыв не нанес, были потеряны погреба 40-миллиметровых снарядов, вспомогательные помещения и кладовые, башни главного калибра развернуло и сдвинуло с фундаментов. К счастью, не детонировали погреба боезапаса, с хорошей стороны показала себя их конструктивная защита.
С поступлением воды дело обстояло хуже. Носовая переборка осталась неповрежденной и выдерживала напор воды, а вот через пробоину в машинном отделении и повреждения в кормовых переборках и палубах вода стала заполнять помещения крейсера. Попытки остановить распространение воды с помощью аварийною леса и подручных средств, равно как и откачать воду переносными насосами успеха не принесли. Для спасения корабля необходимо было подать питание на стационарные средства водоотлива, контрзатоплением и перекачкой жидких грузов остановить нарастание крена, обеспечить освещением помещения, в которых велась борьба за живучесть.
Для выяснения возможности возобновления электропитания в носовое машинное отделение был направлен офицер электромеханической боевой части капитан 3 ранга X. Шоттинхейм. Он спустился в уже оставленное личным составом из-за сильной загазованности машинное отделение и обследовал его. Ему пришлось пробираться в полной темноте, пользуясь аварийным фонарем. Результаты разведки были неутешительными. Взрывы торпед повредили распределительные щиты во всех машинных отделениях. Восстановить электрическую сеть оказалось невозможно, поскольку из двух аварийных дизельгенераторов кормовой был полностью разрушен, а носовой необходимо было соединить с распределительным щитом, находящимся под водой.
Ни о какой борьбе за живучесть речь уже не шла, было ясно, что крейсер гибнет, крен на левый борт резко увеличивался, одновременно начала оседать корма. Почувствовав нарастание крена, сотни людей бросились наверх. Все, кто находился в районе машинного отделения в момент взрыва, были без верхней одежды и сильно обожжены. Первым выдавали одеяла типа «пончо», вторым оказывалась первая медицинская помощь.
Через 20 минут после взрыва, когда крен достиг 21°, командир крейсера приказал покинуть гибнущий корабль. Приказ передавали голосом, так как корабельная трансляция вышла из строя. На поиски раненых во внутренние помещения направились боевые санитары.
Вырвавшись из замкнутого пространства на открытую палубу, моряки новели себя более спокойно, а получив приказ покинуть корабль, стали действовать без суеты: сказались многочисленные тренировки. Личный состав занимал места возле расписанных за ним плотов. Те, чьи плоты пострадали при взрыве, распределялись на соседние. Для уцелевшего экипажа их количества было вполне достаточно. Начавшаяся эвакуация оказалась не из легких, залитая нефтепродуктами палуба и штормовое море значительно затрудняли действия моряков, Увеличивающийся крен заставил людей забыть об инструкции по эвакуации.
Треть экипажа попала на спасательные средства, бросившись в воду, при этом несколько человек погибло от переохлаждения. 412 человек спрыгнули с борта на плоты, а когда палуба сравнялась с плотами, 137 моряков перелезли через борт. Из попавших на плоты 66% успели надеть спасательные жилеты, 63% не имели ранений, а 2% моряков были сильно обожжены и ранены. «Бельграно» продолжал заваливаться на левый борт, пока крен не достиг 52° при постоянно нарастающем дифференте на корму. Прошло еще 10 минут и крейсер, приняв почти вертикальное положение, с шумом погрузился под воду. Раздались несколько глухих взрывов.
Проанализируем причины гибели корабля с точки зрения теории непотопляемости и определим, какое из попаданий торпед оказалось роковым. Пробоина в кормовой части корпуса с левого борта привела к затоплению отсеков в этом районе, а, следовательно, к потере запаса плавучести и уменьшении метацентрической высоты, Неравномерное затопление помещений привело к образованию крена на левый борт. Отрыв носовой оконечности в результате второго попадания обусловил некоторое возрастание остойчивости веса и в то же время увеличение дифферента на корму. Возрастание дифферента было опасно не только из-за потери остойчивости, но и из-за роста аварийных напоров на переборки и палубы в аварийных помещениях. Видимо, последовательное разрушение их привело к дальнейшему распространению воды по кораблю, падению продольной остойчивости и нарастанию дифферента, а в конечном итоге — к гибели корабля от потери плавучести.
Крейсер тонул с креном 52° на левый борт и дифферентом на корму около 90°. Такой процесс затопления корабля, складывающийся из взаимосвязанного уменьшения продольной остойчивости, нарастания дифферента и потери запаса плавучести, условно называют гибелью от потери продольной остойчивости. Однако это определение недостаточно точно, поскольку корабль не опрокидывался, вращаясь вокруг продольной оси, а тонул из-за потери плавучести, хотя сама эта потеря действительно была обусловлена уменьшением его продольной остойчивости и ростом дифферента. Поэтому можно сделать вывод, что отрыв носовой оконечности лишь ускорил гибель корабля, решающим же было попадание в кормовое машинное отделение.
Оказавшиеся на плотах люди, конечно, не занимались подобным анализом, они столкнулись с проблемами иного характера. Нефтяные пятна, обломки дерева, попавшая в плоты вода, сломанные весла, теснота. Наступившая ночь облегчения не принесла, усилился шторм, люди теряли силы в борьбе со стихией. Уже после спасения было замечено, что на спасательных плотах, где находилось более 10 человек, люди оставались в хорошем состоянии, а там, где оказалось по 2 или 3 человека, наблюдались случаи переохлаждения и обморожения, к тому же за ночь умерло несколько раненых моряков. Несмотря на ухудшение погоды, плоты прекрасно держались на плаву, только один плот перевернулся, и люди на нем утонули. К 21 часу шторм достиг своего апогея, десятиметровые волны разбросали плоты по большой площади, что очень затруднило проведение спасательной операции.
Почему же помощь пришла с таким опозданием, почему эсминцы охранения немедленно не пришли на помощь своему крейсеру? В момент атаки эсминцы находились за пределами визуальной видимости с крейсером из-за сгустившихся сумерек. Из-за выхода из строя радио, с «Бельграно» не передали сигнал бедствия. Кроме этого на «Хиполито Боучар» почувствовали удар по корпусу и предположили, что были атакованы торпедой. Вероятней всего, это была третья торпеда с «Конкэрора», прошедшая мимо крейсера и на излете попавшая в эсминец, из-за потери скорости взрыватель не сработал. После возвращения на базу корпус корабля осмотрели и обнаружили вмятину. Полагая, что они подверглись нападению подводной лодки, эсминцы предприняли ее поиск, в результате которого несколько удалились от гибнущего крейсера. Но вскоре на эсминцах поняли, что, вероятно, с «Бельграно» что-то случилось, радио на запросы не отвечало, с экранов исчезла его отметка. Охранение повернуло назад и начало поиск, который впрочем, в ту ночь оказался безрезультатным.