Причина, обусловившая длительное радиомолчание «Архимеде», которая, по мнению Ровера, попросту не успела доложить о своем успехе, была уважительной. В середине апреля она стала жертвой усилившегося воздушного наблюдения американцев в зоне своего патрулирования.
В ходе боевых действий командование американского флота пришло к убеждению о неэффективности надводного патрулирования в Средней Атлантике. Американцы наконец-то поняли, что воздушное патрулирование было бы более продуктивным. Начиная с 12 декабря 1942 года из Наталя и других бразильских авиабаз начали высылаться дневные воздушные патрули в прибрежные районы. Самолеты несколько раз обнаруживали и атаковали подводные лодки противника. Так, 6 января 1943 года самолетам из эскадрильи «VP-83» удалось потопить немецкую лодку U-164 в 55 км к северо-востоку от Форталеза.
После того, как 21 января в Натал прибыла еще одна эскадрилья «VP-91» в составе 12 летающих лодок «Каталина», в дополнение к уже базировавшимся там эскадрильям «VP-83» и «VP-74», американцы смогли не только обеспечить воздушное прикрытие прибрежных конвоев в этом районе, но и усилить воздушное патрулирование в открытом океане.
В апреле у американцев появились определенные данные о том, что ожидается очередной переход блокадопрорывателей, пытающихся форсировать сужение Атлантического океана между Бразилией и Африкой. Начиная с 10 апреля группы по 5 самолетов начали вылетать из Натала для производства дневного поиска и обнаружения ожидавшихся судов. Этот поиск велся по методике, которая была подробно разработана одним из ученых, входившим в группу исследований в области ПЛО (ASWORD), прикрепленную к штабу адмирала Ингрэма. Жертвой применения на практике этого научного подхода к борьбе с подводными лодками и стала подлодка «Архимеде».
Первоначальный оперативный план миссии предусматривал, что субмарина покинет район, когда запас солярки сократится примерно до 70 тонн, а затем получит дополнительное топливо с итальянской или немецкой подводной лодки. С дополнительным запасом горючего лодка смогла бы добраться до Рио-де-Жанейро, но этот план был отменен. Вместо того, чтобы отправиться на юг к 23-й параллели, «Архимеде» осталась к северу от 20-й. 10 апреля лодка отправила радиограмму, информирующую базу о ее местоположении — 16°45′ с. ш., 37°30′ з. д., а также о том, что у нее осталось всего 61 тонна топлива. В ответ капитану были даны координаты встречи с немецкой подводной лодкой, с которой он получил бы достаточно топлива для возвращения на базу.
Самолеты эскадрилий «VP-83» и «VP-94», осуществлявшие патрулирование над океаном в течение 17 дней, никаких блокадопрорывателей за это время не обнаружили. В ходе одного из полетов, 15 апреля, «Каталина» из эскадрильи «VP-83» обнаружила двигавшуюся в надводном положении «Архимеде» примерно в 650 км от Натала. Итальянцы бдительно несли свою вахту и тут же открыли огонь по летающей лодке из 13,2-мм пулеметов. Несмотря на сильный обстрел, американский пилот, лейтенант Т.Е. Робертсон, атаковал лодку глубинными бомбами. После этой атаки итальянская лодка сначала погрузилась, но вскоре снова всплыла. Видимо, «Архимеде» получила серьезные повреждения, так как она начала циркулировать на поверхности океана, явно потеряв управление. Поскольку Робертсон уже израсходовал весь запас бомб, он дважды обстрелял поврежденную лодку из пулеметов.
Примерно через час на место боя прибыла еще одна «Каталина» из эскадрильи «VP-83» (пилот — капитан-лейтенант Брэдфорд). Эта летающая лодка с высоты всего в 20 метров атаковала беспомощную итальянскую лодку, находившуюся в надводном положении, глубинными бомбами. Потом, в течение 8 минут, пока та не затонула, Брэдфорд продолжал поливать итальянских подводников пулеметным огнем. Поскольку оба лейтенанта были резервистами, то становится вполне объяснимой низкая точность бомбометания с обеих «Каталин».
По различным данным, после потопления подводной лодки «Архимеде» на поверхности океана остались плавать от 19 до 25 человек экипажа лодки во главе с командиром тененте ди васкелло Гундо Саккарди. Остальные члены экипажа, числом около 40 человек, погибли.
Каждая из «Каталин» сбросила спасшимся итальянцам по резиновому плоту, на которые и поднялись оставшиеся в живых подводники. 27 мая бразильские рыбаки обнаружили спасательный плот, на котором находилось три человека. Двое из них уже были мертвы, а третий находился в бессознательном состоянии. Им оказался рулевой Джузеппе Лококо, которому повезло остаться в живых почти без воды и продуктов после плавания в океане, продолжавшегося по различным данным от 23 до 29 дней. Так что вполне возможно, что спасшиеся с подводной лодки моряки позавидовали своим товарищам, погибшим на лодке без продолжительных мучений и страданий… Что же, такова была судьба очень многих подводников, оказавшихся в подобной ситуации.