Dyma oedd y trydydd tro i'r Gweilch golli oddi cartref yn y grŵp, gan olygu bod dim gobaith o ennill y grŵp na chwaith i orffen fel un o'r timau gyda'r record gorau yn yr ail safle.
Roedd y fuddugoliaeth hyd yn oed yn fwy siomedig wrth ystyried bod Gwyddelod Llundain wedi colli 10 gêm yn olynol cyn croesawu'r Gweilch i Stadiwm Madejski.
Daeth pwyntiau'r ymwelwyr o dair gôl gosb gan Dan Biggar ac un gan James Hook, ond gwastraffwyd sawl cyfle clir i groesi'r llinell gais.
Sgoriodd Sailosi Tagicakibau gais gwych i'r tîm cartref yn yr ail hanner, ac roedd hi'n gychwyn ofnadwy i'r Gweilch wedi'r egwyl wrth i Topsy Ojo groesi wedi dau funud i agor bwlch o 21-6.
Llwyddodd yr ymwelwyr i fwynhau digon o feddiant wrth i'r hanner fynd yn ei flaen, ond roedd y diffyg dychymyg a'r camgymeriad trafod yn amlwg iawn.
Daeth llygedyn o obaith yn y 10 munud olaf wrth i'r Gwyddelod golli James Buckland i'r gell gosb wedi cyfres o giciau gosb yn ddwfn yn eu hanner ei hunain.
Ond roedd ymroddiad y tîm cartref wrth amddiffyn a'r diffyg min ar ymosod y Gweilch yn adlewyrchiad o'r 70 munud blaenorol.
Yn ogystal â chwarae gwael nifer o sêr tîm Cymru, roedd rhagor o bryder i'r hyfforddwr Warren Gatland wrth i'r prop Adam Jones orfod gadael y cae gydag anaf i'w benelin.
A bydd penaethiaid rygbi Cymru hefyd yn crafu eu pennau wrth wynebu'r ffaith mai annhebygol iawn y bydd unrhyw un o'r rhanbarthau yn cyrraedd rownd nesaf prif Gwpan Ewrop.
Y Scarlets yw'r unig dîm dal yn y ras, ond mae gofyn i dîm Nigel Davies ennill oddi cartref yn Perpignan y penwythnos nesaf a gobeithio bod canlyniadau eraill yn mynd o'u blaid.
Gwyddelod Llundain: Delon Armitage; Topsy Ojo, Elvis Seveali'i, Seilala Mapusua (capt) Sailosi Tagicakibau; Dan Bowden, Darren Allinson; Alex Corbisiero, James Buckland, Faan Rautenbach, Nick Kennedy, Matt Garvey, George Stowers, Steffon Armitage, Chris Hala'ufia.
Eilyddion: Brian Blaney, Dan Murphy, Paulica Ion, Bob Casey, James Gibson, Adam Thompstone, Ryan Lamb, Alfredo Lalanne.
Gweilch: Barry Davies; Nikki Walker, Tommy Bowe, James Hook, Richard Fussell; Dan Biggar, Mike Phillips; Paul James, Richard Hibbard, Adam Jones, Ryan Jones, Alun Wyn Jones (capt), Jerry Collins, Marty Holah, Jonathan Thomas.
Eilyddion: Huw Bennett, Duncan Jones, Craig Mitchell, Ian Gough, Justin Tipuric, Jamie Nutbrown, Sonny Parker, Lee Byrne.
Dyfarnwr: George Clancy (Iwerddon).
