Однако планы Деница на дальнейшее, не менее успешное противостояние под водой рухнули со вступлением в войну США. В отличие от большинства своих соратников, «фюрер подводных лодок» не отличался «шапкозакидательскими» настроениями. Он прекрасно понимал, что появление на океаническом поле боя американских военных кораблей означает для немецкого флота лишь одно: неминуемый крах. К 1942 году, когда и битва за Британию, и советская кампания начали давать сбои, помощь субмарин потребовалась и на других фронтах. Дениц, сколько мог, уговаривал Гитлера, Геринга и других высших руководителей не разделять подводный флот на несколько частей. Но ему все равно пришлось расстаться с большей частью своих субмарин. На борьбу с американским флотом у Деница осталось всего 12–15 лодок. А противостояние это давалось все труднее: союзники разработали новую противолодочную тактику и обзавелись более современной техникой. В итоге, несмотря на то, что доблестные немецкие подводники продолжали топить суда союзников, все больше и больше субмарин не возвращались на базы. К середине 1943 года это соотношение было уже не в пользу Рейха. Например, с июня по август было потоплено 60 торговых судов союзников, а потери немецкой стороны составили 79 субмарин. Всего же из 820 германских подлодок, участвовавших с 1939 по 1945 год в битве за Атлантику, 781 погибла.
Последнее сражение гросс-адмирала Деница произошло в день «D» — день высадки союзников в Нормандии. Он бросал в бой все новые и новые лодки, но переломить ход войны ему не удалось. В период с 6 июня по 31 августа 1944 года немцы потеряли 82 субмарины — почти весь свой подводный флот.
Будучи главным подводником фашистской Германии, Карл Дениц являлся верным сторонником наци № 1 и под занавес войны тоже решил идти со своим фюрером до конца. 20 апреля 1945 года гросс-адмирал присутствовал на последнем дне рождения немецкого вождя, а через несколько дней волей Адольфа Гитлера стал вторым и последним фюрером умирающего Рейха.
Карлу Деницу досталось тяжелое «наследство»: вокруг Берлина сжималось кольцо советских и союзнических войск, а полная и безоговорочная капитуляция Германии была лишь вопросом времени. 2 мая Деницу пришлось перенести свою штаб-квартиру и заодно столицу Рейха в кадетский корпус, находящийся в Мюрвике под Фленсбургом. Понимая, что спасти существующий в Германии режим невозможно, новый фюрер сосредоточил свое внимание на двух проблемах. Он пытался, во-первых, как можно скорее прекратить войну и заключить мир, а во-вторых, по мере возможностей избежать советской оккупации. Однако остановить продвижение Красной Армии Карл Дениц был не в силах, поэтому пошел другим путем. Продолжая параллельно с «фюрерством» занимать пост главкома флота, он послал все имевшиеся в его распоряжении суда в балтийские порты, еще находившиеся в руках немцев, с приказом вывезти оттуда всех беженцев. Таким образом, за последние 8 дней войны из будущей зоны влияния СССР, по приблизительным подсчетам, было вывезено более двух миллионов немцев.
9 мая 1945 года Третий рейх навсегда прекратил свое существование. Но Карл Дениц продолжал оставаться главой правительства погибшей державы еще две недели. 23 мая он был захвачен в плен союзниками и доставлен на пароход «Патриа» для беседы с членом контрольной комиссии союзников генерал-майором армии США Лоуэллом В. Руке. Здесь ему объявили, что он арестован и отныне считается военным преступником. Дениц воспринял эту новость спокойно и с достоинством: сопротивляться и пытаться покончить с собой, приняв яд, который в последние месяцы войны был при себе практически у каждого высшего офицера, не пытался.
Вскоре главком нацистских ВМС предстал перед Нюрнбергским трибуналом. И здесь с ним злую шутку сыграла последняя воля Адольфа Гитлера. Пожалуй, если бы не этот факт, Дениц мог бы и не попасть в число главных военных преступников. Он искренне считал, что германский флот не совершал преступлений против человечества. В доказательство этому гросс-адмирал, в отличие от большинства других руководителей и командиров, сохранил в конце войны архивы германского ВМФ. В итоге трибунал простил Деницу убийства моряков с подбитых его субмаринами военных и гражданских судов, но вменил в вину ответственность за распоряжение Гитлера от 18 октября 1942 года, по которому захваченные экипажи союзнических торпедных катеров надлежало передавать в СС или расстреливать. В ответ на это Карл Дениц заявил, что просто выполнял приказ. Услышав эту реплику, другой фигурант Нюрнбергского процесса, Герман Геринг, сказал окружающим: «Первый раз за 3 недели я почувствовал себя превосходно. Наконец-то мы услышали, что в таких случаях должен говорить настоящий солдат».