Roedd cryfder y Wallabies yn amlwg wrth i Stirling Mortlock, Matt Giteau a Chris Latham groesi am gais yr un yn yr hanner cyntaf.
Bu yn rhaid i Gareth Thomas a Sonny Parker adael y maes ag anafiadau yn dilyn taclo grymus Awstralia, ond brwydrodd Cymru yn ôl wedi'r egwyl.
Croesodd Jonathan Thomas am gais i gau'r bwlch ond manteisiodd Latham ar gamgymeriad i groesi am ail gais cyn i Shane Williams groesi am gais cysur hwyr.
Mae'r canlyniad yn golygu bod y Wallabies yn siŵr o orffen ar frig y grŵp tra bo Cymru'n debygol o wynebu buddugwyr Grŵp A, De Affrica, ym Marseille.
Cafodd Cymru'r dechrau gwaethaf posib wrth i Mortlock drosi cic gosb yn y funud gyntaf un, ond daeth Cymru'n ôl ychydig funudau'n ddiweddarach â chic gosb gan Stephen Jones.
Daeth y cais agoriadol yn dilyn cic siomedig gan Gareth Thomas welodd y Wallabies yn gwrthymosod.
Dawnsiodd Berrick Barnes, oedd yn eilydd hwyr yn dilyn yr anaf i'r maswr arferol, Stephen Larkham, trwy amddiffyn Cymru cyn bwydo Giteau i groesi o dan y pyst.
Cafodd Parker ei gludo o'r maes ag anaf cas i'w goes gyda Thomas yn symud i safle'r canolwr, ond cyn pen dim bu'n rhaid i Thomas hefyd adael y maes.
Cafodd y capten ei daclo'n drwm gan Mortlock ac o'r herwydd daeth James Hook i'r maes.
Aeth pethau o ddrwg i waeth i Gymru wedi i George Gregan gasglu'r bêl rydd yn 22 Cymru cyn cicio'n gelfydd dros yr amddiffyn.
Mortlock enillodd y ras efo Martyn Williams i dirio'r bêl a sicrhau ail gais i'r Wallabies ond roedd gwaeth i ddod i wŷr Gareth Jenkins.
Wrth i'r Cymry ddyheu am y chwiban fyddai'n dod â'r hanner i ben, lledodd Awstralia'r bêl yn gyflym tuag at yr asgell chwith o sgrym osod.
Carlamodd Mitchell am y gornel ond wrth iddo redeg allan o le, llwyddodd i fwydo Chris Latham i groesi.
Gadawodd Mortlock y maes wedi'r egwyl ac roedd yn hwb amlwg i'r tîm cartref wrth iddyn nhw ddechrau'r ail hanner ar dân.
Penderfynodd Stephen Jones gicio am yr ystlys yn hytrach na'r pyst ac wedi cyfnod hir o bwyso gan y blaenwyr, plymiodd Jonathan Thomas drosodd am gais.
Trosodd James Hook y cais a llwyddodd i gau'r bwlch ymhellach â chic gosb wrth i Gymru ddechrau fagu'r hyder oedd ar goll cyn yr egwyl.
Ond chwalwyd eu breuddwydion wrth i Chris Latham fanteisio ar gamgymeriad erchyll gan Stephen Jones.
Roedd y cefnwr wedi taro mynydd o gic a methodd Jones ei dal ac roedd Latham yno i'w gasglu cyn croesi o dan y pyst.
Ond gyda'r gêm yn prysur ddirwyn i ben dechreuodd Cymru chwarae rygbi anturus hyfryd gyda'r blaenwyr a'r olwyr yn trafod y bêl ar hyd a lled y maes.
Cafodd Mitchell gerdyn melyn am dacl warthus ar Mathew Rees cyn i Nathan Sharpe ei ddilyn o'r maes am ladd y bêl yn fwriadol wedi i Charvis geisio plymio drosodd am gais.
O'r sgrym ddilynodd llwyddodd Cymru i fanteisio ar y niferoedd i greu lle i Shane Williams groesi yn y gornel am gais gysur.
Cymru: G. Thomas, M. Jones, Shanklin, Parker, S. Williams, S. Jones, Peel, Jenkins, Rees, A. Jones, Gough, A. Jones,
Charvis, M. Williams, J. Thomas.
Eilyddion: R. Thomas, D. Jones, Owen, Popham, Phillips, Hook,
Morgan.
Awstralia: Latham, Mitchell, Mortlock, Giteau, Tuqiri, Barnes, Gregan, Dunning, Moore, Shepherdson, Sharpe, Vickerman, Elsom,
Smith, Palu.
Eilyddion: Freier, Baxter, Chisholm, Hoiles, Waugh, Staniforth, Huxley.
Dyfarnwr: S Walsh (Seland Newydd)