Trzeci rejs bojowy i utrata okrętu 29 listopada U-206 wyszedł z Saint-Nazaire wraz z U-71 z zadaniem przedarcia się na Morze Śródziemne. O godzinie 18:00 na pozycji U-Boota opuścił eskortowiec Sperrbrecher i wtedy ostatni raz widziano okręt. Prawdopodobnie zatonął około 30 listopada na południowy zachód od Saint-Nazaire, w wyniku eksplozji miny znajdującej się na brytyjskiej zagrodzie minowej „Beech”, rozbudowywanej przez lotnictwo od sierpnia 1940 roku. Wraz z okrętem zginęła cała, licząca w tym rejsie 46 osób załoga. Wcześniejsze ustalenia przypisywały jego zatopienie 30 listopada bombom głębinowym zrzuconym przez brytyjski samolot bombowy Whitley B z na zachód od Nantes (na pozycji ), jednak w rzeczywistości atak ten dotyczył U-71 i nie zadał mu uszkodzeń.
Podsumowanie działalności bojowej U-206 odbył trzy patrole bojowe, spędzając w morzu 68 dni. W ich trakcie zatopił dwa statki o łącznej pojemności 3283 BRT i korwetę o wyporności 925 ton, na pokładach których zginęło 109 osób. Pełne zestawienie strat przedstawia poniższa tabela: