Från och med dagen 90-4 nådde Australien 156-6 innan deklarationen för andra gången i matchen.
England reducerades snabbt till 29-5, med Sarah Taylor ute för en andra på varandra följande anka.
Lydia Greenway och Georgia Elwiss hejdade tidvattnet innan England förlorade sina sista fem wickets på 39 bollar.
Australien seamer Ellyse Perry tog karriär-bästa siffror på sex wickets för 32 körningar, inklusive att ta bort Greenway och Laura Marsh med på varandra följande bollar, som England kollapsade från 80-6 till 101 alla ut.
Det betyder att Australien nu är upp 8-2 på punkter i sju-match serien, med tre 2020 matcher kvar som var och en är värda två poäng till vinnaren.
Aska innehavare England kan inte längre vinna serien, men de kan säkra en osannolik dragning genom att vinna alla tre T20:or.
Mediauppspelning stöds inte på den här enheten
Med de 263 körningar som krävdes för seger ett osannolikt mål, Englands huvuduppgift var att överleva 89 overs.
I en upprepning av de första innings, Sarah Coyte fångade Heather Knight Ibw att föra Taylor, utan tvekan Englands bästa smet, till vecket.
Taylor, som letade efter viktiga lopp efter att ha kämpat med fladdermusen under serien, överlevde bara fem bollar när hon spelade en leverans från Perry till hennes stubbar för en andra anka i testet.
När Charlotte Edwards drog sig fram till lunch 16-2 fångades hon bakom den första bollen efter pausen från Perry för att starta en kollaps till 29-5.
Megan Schutt avfärdade Lauren Winfield och Natalie Sciver billigt innan Greenway och Elwiss tappade ankaret.
Greenway försvarade stoutly, med 128 prickbollar från de 137 leveranser hon stod inför, innan en förödande trollformel från Perry skickade England tumlande till nederlag.
Australiens Jess Jonassen var den enda spelaren att passera 50 i matchen, hennes insats verkade ännu mer imponerande med tanke på Englands strider på samma tonhöjd.
Edwards sida var oförmögen att klara av Perrys briljans, som tog Greenways wicket på bisarrt sätt när den engelska spelaren försökte smita ur vägen för en kort boll bara för att hålla sig nere och klippa hennes ben stubbe.
Wicketen var en del av en majestätisk trollformel som såg Perry ta fyra Wickets i 20 bollar för bara åtta körningar.
Englands saktmodiga död mot valv rivaler Australien lämnade mycket att önska - eftersom de förlorade sin andra på varandra följande test sedan de blev en helt professionell sida.
Och ex-England smet Ebony Rainford-Brent tror att värdarna saknade motståndskraften i sin kamp för att någonsin ha haft en realistisk chans att rita matchen.
"Det sätt på vilket England rullade över idag, särskilt med slagfältet, har inte visat tillräckligt med kamp", sade hon.
"De kommer att känna smärtan av detta eftersom sättet de har närmat sig matchen bara inte har varit tillräckligt bra.
"Australien anpassade sig till matchsituationen mycket snabbare och deras kaptenskap var mycket mer dynamisk, aggressiv och uppfinningsrik - medan England såg ut som om det var en förplanerad process.
"Jag tror att spelarna måste hitta lite mod och kämpa för landet och att vända sig om i en vecka mentalt kommer att bli en tuff utmaning."
Englands kapten Charlotte Edwards: " Det är verkligen en besvikelse. Jag trodde att vi hade en lukt av att hålla fast vid teet. Vi var helt enkelt inte tillräckligt bra under de fyra dagarna.
"Vi levererar inte som en slagenhet. Det finns ett dåligt urval, men det är inte på grund av brist på försök. Vi lär oss inte tillräckligt snabbt.
"Det beror på spelarna, inte tränarna. Det finns spelare i världsklass som inte levererar.
"Vi ska kämpa till det bittra slutet. En ändring av formatet kan hjälpa oss att uttrycka oss."
Australiens kapten Meg Lanning: " Den här testmatchen var enorm för oss. Vi visste att det skulle sätta oss i lådan.
"Vinningen av asherna är det enda vi inte har kunnat göra de senaste fem åren. Vi kom hit riktigt självsäkra.
"England är en klass sida och de har spelare där som kan vinna spel. Vi måste spela bra för att vinna T20:orna.
"Jess Jonassen slogs på en annan däck för resten av oss, så hon var verkligen en stor skillnad i detta spel. Hon är en att titta på."
England måste vinna alla tre återstående spel i serien för att behålla Women's Ashes efter Australien clinched testet med 161 körningar.