Ponowne, bardziej intensywne ataki miały miejsce 5 września, kiedy to uszkodzone zostały stery głębokości, kompas magnetyczny, zalany został lewy tłumik, wystąpiły przecieki zaworów dennych i wycieki paliwa, i okręt zszedł na dno na głębokość 87 m. Niemcy ogłosili wówczas komunikat o zatopieniu przez trałowiec M 4 polskiego okrętu podwodnego. W nocy 6 września „Wilk” zaobserwował konwój niemieckich statków, lecz nie mógł zająć pozycji do ataku z uwagi na obecność eskorty. W dniach 8-9 września „Wilk” na rozkaz Dowództwa Floty przeszedł do nowego sektora na północ od latarni Stilo. Tego dnia ponownie zaobserwował konwój z jednego statku i dwóch okrętów, lecz nie zdołał go zaatakować z powodu odejścia Niemców. Z powodu uszkodzeń, w tym niewielkich przecieków, oraz wyczerpującego się zapasu paliwa i niemożności jego uzupełnienia w polskich portach, w nocy 10/11 września skontaktował się z dowództwem floty i otrzymał zgodę na rejs do Wielkiej Brytanii lub internowanie w Szwecji. 12 września o 3.40 dowódca „Wilka” opuścił sektor i rozpoczął rejs do Wielkiej Brytanii. Według relacji Bolesława Romanowskiego, „Wilk” po drodze miał zaobserwować krążownik ciężki „Admiral Hipper” w Zatoce Meklemburskiej i podjąć nieudaną próbę podejścia do ataku, jednak okoliczność ta jest oceniana jako niewiarygodna.