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.
Широкомасштабные поисково-спасательные работы были развернуты утром 3 мая, руководил их проведением начальник поисково-спасательных сил ВМБ Рио-Гранде капитан 2 ранга Э. Мартини. К поискам, кроме «Хиполито Боучар» и «Пьедро Буена», были привлечены еще три аргентинских судна, находившихся поблизости. Ближе всех к району поиска оказался океанский буксир «Франсиско де Гурручага», на долю которого пришлось большинство спасенных.
Помимо аргентинских кораблей близко от места гибели крейсера оказалось чилийское судно — арктический транспорт «Пилото Пардо», его капитан предложил свою помощь аргентинцам. Буэнос-Айрес колебался, принимать ее или нет, ведь отношения между двумя странами были весьма натянутыми. В конце концов, право принять или отвергнуть помощь чилийцев предоставили вице-адмиралу X. Ломбардо, который, учитывая, что это может облегчить проведение спасательной операции, согласился на участие «Пилото Пардо» в поисках экипажа «Бельграно».
Кроме кораблей аргентинцы привлекли к поисковой операции авиационную группу в составе двух «Нептунов» (2Р111 и 2Р112), «ВЕ.200», «Фоккера-28» и «Электры». Так, в 13 часов 3 мая патрульный самолет «Нептун 2Р112» на пределе своей дальности обнаружил первые плоты и навел на них спасательные суда. Через полтора часа в район подошли аргентинские корабли и начали подъем людей. До наступления темноты было спасено большинство моряков. Поиски также продолжались и ночью, последний плот удалось обнаружить утром 4 мая.
Буксир «Франсиско де Гурручага» спас 365 человек, госпитальное судно «Байа Пароаизо» — 88, «Хиполито Ноучар» — 64 и «Пьедра Буена» — 276 моряков. Корабли со спасенными начали прибывать на ВМБ Ушуайя утром 5 мая. Экипаж «Бельграно» на самолетах переправили в госпиталь Пуэрто-Бельграно, кроме 18 тяжелораненых, доставленных туда позднее. Среди тех, кого удалось спасти, 80% страдало от переохлаждения, 20% от истощения, 23% от урологических заболеваний, 68% от переутомления.
Между тем, спасательная операция на этом не закончилась. «Байа Параизо» находился в районе до 7 мая, воздушные поиски продолжалась до 9 мая. К этому времени к операции подключились два советских судна. 4 мая в 19 часов БМТР «Белокаменск» и БМТР «Жуковский» получили указание немедленно следовать в район с координатами 55°30' ю.ш. и 61°30' з.д. для оказания помощи терпящим бедствие аргентинским морякам. Основанием служила срочная шифрограмма министра рыбного хозяйства СССР Каменцева 14/32 от 4 мая 1982 г. С 5 по 12 мая советские суда осуществляли поиск моряков с крейсера, следуя переменными курсами и ходами, старшим группы поиска был назначен капитан БМТР «Белокаменск» К. О. Ревков.
Поиск осуществлялся в светлое время суток при постоянном облете английскими военными самолетами. За это время удалось обнаружить и поднять на борт три трупа аргентинских моряков и три пустых спасательных жилета. В 19 часов 30 минут 12 мая распоряжением замминистра Быстрова 1541 поиски были остановлены, судам предписывалось следовать по назначению. Тела военных моряков и жилеты БМТР «Белокаменск» доставил в аргентинский порт Мар-дель-Плата.