这时双方的火炮都派不上用场，389舰舰长肖德万灵机一动：扔手榴弹！当时舰上装了好几箱手榴弹，准备给守岛民兵送去，这时派上了用场。于是中国水兵们七手八脚地把一连串手榴弹扔上了南越10号舰，有人抄起冲锋枪向10号舰扫射，甚至端起反坦克火箭筒对准越舰发射！以至于战后南越向新闻界通报“共军使用了导弹”。在这场现代海战史上罕见的接舷战中，南越10号舰舰长被当场击毙。而389舰身严重倾斜，在396舰掩护其撤出战斗后，不得不在我方渔轮的协助下冲滩搁浅，以免沉没。其余三舰也都不同程度损伤，并且弹药所剩不多。

仗打到了这个地步，正是决胜负的时候，若此时敌舰坚决返回攻击的话，那么鹿死谁手恐怕也很难说。11时20分，中方的生力军281、282猎潜艇疾驰赶到，战场上中国军队一片欢腾。由刘喜中指挥的这两艘艇为了早一点到达战区，冒着风浪，以高于舰艇航速设计最高限的34节玩命急驰，终于及时赶到，胜利的天平最终倒向中方。南越舰以为中方众多援兵到来，掉头逃跑，被打残的10号舰由于伤势严重，远远地甩在了后面，281、282两艇追上去，两次齐射就将10号舰击沉。当时中国海军编队没有组织捕捞越军。四五天后，一艘丹麦油轮救起了海中漂流的23名南越士兵，而南越这艘名为“怒涛”舰的其余60余名舰员则丧生于南海的怒涛中。

远在北京坐镇指挥的邓小平收到战报后，捻灭手中的香烟说：“我们该吃饭了吧？”离开作战值班室前，邓小平给广州军区发电报，定下西沙海战的最后一个任务：继续扩大战斗，收复珊瑚、甘泉、金银三岛。