哈尔西亲自率领第34特混舰队的战列舰急速前进，准备用大口径舰炮直接去对付小泽舰队前卫的战列舰以及在舰载机空袭中掉队日舰。清晨，在还没有确定日军的精确位置的情况下，美军就起飞了180架飞机，直到7:10侦察机才找到了北路舰队。
08:00美军战斗机摧毁了保护舰队的30架日军飞机，他们一共进行了857架次袭击，小泽舰队的航空母舰纷纷中弹(千岁号和秋月号驱逐舰沉没，瑞鹤号、千代田号和多摩号轻巡洋舰丧失机动能力)。小泽将他的旗舰改到大淀号巡洋舰上。
这时萨马岛战斗的消息传来。美军登陆军的情况紧迫(第七舰队的护航航空母舰因为栗田的舰队突然出现，而不断的发报向哈尔西求援。连坐镇珍珠港的尼米兹也给哈尔西发了一份简短的电报:第34特混舰队，在哪里?，但负责电报加密的军官，随意添加了一句全世界都想知道，哈尔西的译码军官误以为是正文未加删减，这使哈尔西怒不可遏，当场将帽子砸在甲板上，破口大骂)，哈尔西下令南下，他只留下了两个航空母舰大队以及一小支由巡洋舰和驱逐舰组成的舰队来收拾小泽的残余船只。
下午在击沉几艘日本航空母舰后空袭击集中在两艘改装的战列舰上，但它们密集的防空火力有效地抵挡了空袭。空袭一直到傍晚，小泽舰队作为诱饵的全部航空母舰(瑞鹤、瑞凤、千岁、千代田)，还包括一艘轻巡洋舰(多摩)、两艘驱逐舰(秋月、初月)被击沉。“诱敌部队”取得了出色得成功。由于通讯不畅，小泽发出诱敌成功的电报，栗田却没有收到。不过这再次使栗田的舰队免遭全军覆没。
萨马岛之役粟田舰队击沉美军两艘护卫航空母舰，三艘驱逐舰，护卫舰1艘。日军损失三艘巡洋舰，三艘主力舰受重创。栗田的舰队于10月25日凌晨进入圣贝纳迪诺海峡，凌晨03:00它们沿萨马岛的海岸向南进发。于黎明时分发现美国舰队。
金凯德中将有三支舰队来阻挡它，每支舰队由六艘护卫航空母舰和七或八艘驱逐舰组成。每艘护卫航空母舰带约30架飞机，一共有500多架。护卫航空母舰比较慢，装甲薄，对付战列舰它们没有多少胜算。金凯德错误地以为威利斯·李的战列舰还守护在圣贝纳迪诺海峡，因此从那里没有危险，但李被哈尔西调走去对付小泽去了。
当日本舰队在萨马岛出现时美军大吃一惊。哈尔西的舰队已经被诱敌战术调走远离莱特湾，但是栗田对此却一无所知。栗田错误地将那些护卫航空母舰当作了美国的航空母舰舰队，他还以为整个美国第三舰队在他的18英寸炮口前呢。美国护卫航空母舰立刻向东后撤，希望坏天气可以影响日本炮的精确度，同时立即发报请求支持用甚至用明码发报。
美国驱逐舰企图分散日本战列舰的注意力来取得时间。这些驱逐舰自杀般地对日舰发**，吸引日舰火力。为了躲避**，日舰不得不打散自己的队形。大和号被两条平行的**逼迫背向而行，无法转身，怕被它们击中，这样损失了足足十分钟的时间。三艘美国驱逐舰和一艘护卫舰被击沉，其它受伤，但它们为航空母舰获得时间让它们的飞机起飞。
这些飞机没有时间转装穿甲**，因此它们只能带着它们正带着的弹药起飞(有时甚至是深水**)。美军航空母舰继续南逃，而战列舰的炮弹不断在它们周围爆炸。一艘航空母舰被沉，其它受伤。由于栗田舰队未完成整编队形便发动进攻，加上美军驱逐舰的攻击将他的队形打破了，各战队散乱在广阔的海面上。他丧失了对战事的战术指挥，三艘他的重巡洋舰被集中的海上和空中的袭击沉没。
栗田于09:20下令北转整理队型。躲过栗田的舰队袭击的护卫航空母舰遭受的打击并没有结束，被神风特攻队自杀飞机击沉一艘，另两艘遭到重创。不久栗田的舰队改变航向，驶往莱特湾。就在日本计划就要得逞的时候，栗田再次北转撤退。他感觉美军支持舰队正向他包围过来，因此他感觉参战的时间越长，他遭到美国强大空袭的可能性就越高。
在不停的空袭下他向北，然后向西穿过圣贝纳迪诺海峡。往返航行300海里的第三舰队于26日日出后，派舰载机对栗田舰队的掉队舰只进行了袭击。栗田舰队的长门号、金刚号和榛名号受重创。他带五艘战列舰进入战场，当他回到日本时，只有大和号还有作战能力，但也丧失了抛锚能力。
在六天之内，日军与盟军投入船舰总吨位超过两百万吨，其中盟军舰队多达133万吨，日本海军则达73万吨。21艘航空母舰、21艘战列舰、170艘驱逐舰与近2000架军机参与了战斗。结果数量上远居于劣势的日本联合舰队战败。巡洋舰以上重型军舰13艘被击沉，日本在菲律宾一带海基与陆基航空力量被消灭，严重打击了日本全局的实力，从此日本联合舰队在太平洋战争中，不再是一个战略力量。此战役也为后来美军成功攻下菲律宾群岛、冲绳岛等地打下基础。
由于战局无望，日本此役第一次有组织地发动神风特攻队自杀攻击。在整个战役中，小泽的表现最为抢眼。他成功的完成了诱敌任务，让栗田有机会安然通过圣贝纳里诺海峡。他的舰队本来就是准备牺牲掉的，但是小泽努力把损失降到最低。如果不计算目标巨大又很脆弱的航母的话(当然事实上不可能不计算，美军空袭的主要目标就是航母，这也是其他舰只能撤退的重要原因之一)，出击的小泽在美军空中、海上和海下三面打击中带着2/3以上的舰只安然返回。
何况如果不是杜博斯的谨慎，小泽有可能会在劣势中抓住重创美军的唯一机会。