– Det var en tilfredsstillende måte i avslutte vår deltakelse i dette VM. Vi tok kontrollen over kampen og var det beste laget, sa Spania-sjef Vincente Del Bosque til spansk TV.
David Villa hadde vært på banen i de to første VM-kampene, men fikk sjansen fra start i avskjedskampen.
32-åringen har gjort det klart at han ikke fortsetter landslagskarrieren nå som han skal spille for australske Melbourne City og deretter i Major League for New York City.
VG Live: Referat fra kampen
I sin 97. landskamp fikk spissveteranen satt et verdig punktum etter å ha skapt flere problemer for det australske forsvaret. Så kom den forløsende scoringen etter 35 minutters spill.
Juanfran gjorde forarbeidet på høyrekanten og la inn foran mål der Villa var på rett plass og styrte ballen i nettet med venstrehælen. Australia-keeper Mathew Ryan nådde ikke fram.
Studio oppsummerer Spanias seier over Chile i den siste kampen i gruppespillet.
Villa takket Juanfran for hjelpen, og holdt rundt lagkameraten mens han kjempet mot tårene - vel vitende om at en herlig landslagskarriere nå er over.
Australia (4-2-3-1): Mat Ryan 6 - Ryan McGowan 4, Alex Wilkinson 4, Matt Spiranovic 5, Jason Davidson 5 - Mile Jedinak 4, Matt McKay 4 - Mat Leckie 5, Oliver Bozanic 3 (Mark Bresciano i 19 min.), Tommy Oar 3 (James Troisi i 30 min., 3) - Adam Taggart 3 (Ben Halloran i 45 min., 4).
Spania (4-3-3): Pepe Reina 5 - Juanfran 6, Raúl Albiol 5, Sergio Ramos 6, Jordi Alba 7 - Koke 6, Xabi Alonso 5 (David Silva i 8 min.), Andrés Iniesta 7 BB - Santi Cazorla 4 (Cesc Fábregas i 23 min.), Fernando Torres 6, David Villa 7 (Juan Mata i 34 min., 6).
Dommer: Nawaf Shukralla, Bahrain 4 poeng.
Målsjanser: 0-6.
Etter 56 minutter ble Villa byttet ut, og gråtende forlot han banen. Mens han fikk trøst på benken av blant andre spisskollega Diego Costa fortsatte lagkameratene ute på banen å herje med et svakt australsk lag.
Gultrøyene bar preg av at profilen Tim Cahill manglet på grunn av gult kort i de to første kampene.
Fernando Torres økte ledelsen etter 69 minutter. Andres Iniesta spilte fram Torres som alene med keeper enkelt satte inn 2-0.
En noe heldig Sergio Ramos unngikk å bli utvist før innbytter Juan Mata fastsatte sluttresultatet til 3-0 i det 82. minutt. Manchester United-spilleren fikk ballen servert av Cesc Fabregas og satte ballen mellom bena på keeper.
Spania og Australia var som kjent slått ut av VM før kveldens kamp. Nederland slo Chile 2-0 i den andre kampen, og står dermed som gruppevinner.
Trener Vincente del Bosque ville ikke kommentere fremtidsplanene foreløpig. 63-åringen vil bruke noen dager for å bestemme seg om han vil fortsette.
– Jeg bestemmer seg om noen dager, kanskje neste uke. Det er ingen hast, sa del Bosque etter at kampen mot Australia var over.