哈爾西親自率領第34特混艦隊的戰列艦急速前進，準備用大口徑艦炮直接去對付小澤艦隊前衛的戰列艦以及在艦載機空襲中掉隊日艦。清晨，在還沒有確定日軍的精確位置的情況下，美軍就起飛了180架飛機，直到7:10偵察機才找到了北路艦隊。
08:00美軍戰鬥機摧毀了保護艦隊的30架日軍飛機，他們一共進行了857架次襲擊，小澤艦隊的航空母艦紛紛中彈(千歲號和秋月號驅逐艦沉沒，瑞鶴號、千代田號和多摩號輕巡洋艦喪失機動能力)。小澤將他的旗艦改到大澱號巡洋艦上。
這時薩馬島戰鬥的消息傳來。美軍登陸軍的情況緊迫(第七艦隊的護航航空母艦因爲慄田的艦隊突然出現，而不斷的發報向哈爾西求援。連坐鎮珍珠港的尼米茲也給哈爾西發了一份簡短的電報:"第34特混艦隊，在哪裡?"，但負責電報加密的軍官，隨意添加了一句"全世界都想知道"，哈爾西的譯碼軍官誤以爲是正文未加刪減，這使哈爾西怒不可遏，當場將帽子砸在甲板上，破口大罵)，哈爾西下令南下，他只留下了兩個航空母艦大隊以及一小支由巡洋艦和驅逐艦組成的艦隊來收拾小澤的殘餘船隻。
下午在擊沉幾艘日本航空母艦後空襲擊集中在兩艘改裝的戰列艦上，但它們密集的防空火力有效地抵擋了空襲。空襲一直到傍晚，小澤艦隊作爲誘餌的全部航空母艦(瑞鶴、瑞鳳、千歲、千代田)，還包括一艘輕巡洋艦(多摩)、兩艘驅逐艦(秋月、初月)被擊沉。“誘敵部隊”取得了出色得成功。由於通訊不暢，小澤發出誘敵成功的電報，慄田卻沒有收到。不過這再次使慄田的艦隊免遭全軍覆沒。
薩馬島之役粟田艦隊擊沉美軍兩艘護衛航空母艦，三艘驅逐艦，護衛艦1艘。日軍損失三艘巡洋艦，三艘主力艦受重創。慄田的艦隊於10月25日凌晨進入聖貝納迪諾海峽，凌晨03:00它們沿薩馬島的海岸向南進發。於黎明時分發現美國艦隊。
金凱德中將有三支艦隊來阻擋它，每支艦隊由六艘護衛航空母艦和七或八艘驅逐艦組成。每艘護衛航空母艦帶約30架飛機，一共有500多架。護衛航空母艦比較慢，裝甲薄，對付戰列艦它們沒有多少勝算。金凱德錯誤地以爲威利斯·李的戰列艦還守護在聖貝納迪諾海峽，因此從那裡沒有危險，但李被哈爾西調走去對付小澤去了。
當日本艦隊在薩馬島出現時美軍大吃一驚。哈爾西的艦隊已經被誘敵戰術調走遠離萊特灣，但是慄田對此卻一無所知。慄田錯誤地將那些護衛航空母艦當作了美國的航空母艦艦隊，他還以爲整個美國第三艦隊在他的18英寸炮口前呢。美國護衛航空母艦立刻向東後撤，希望壞天氣可以影響日本炮的精確度，同時立即發報請求支持用甚至用明碼發報。
美國驅逐艦企圖分散日本戰列艦的注意力來取得時間。這些驅逐艦自殺般地對日艦發**，吸引日艦火力。爲了躲避**，日艦不得不打散自己的隊形。大和號被兩條平行的**逼迫背向而行，無法轉身，怕被它們擊中，這樣損失了足足十分鐘的時間。三艘美國驅逐艦和一艘護衛艦被擊沉，其它受傷，但它們爲航空母艦獲得時間讓它們的飛機起飛。
這些飛機沒有時間轉裝穿甲**，因此它們只能帶着它們正帶着的彈藥起飛(有時甚至是深水**)。美軍航空母艦繼續南逃，而戰列艦的炮彈不斷在它們周圍爆炸。一艘航空母艦被沉，其它受傷。由於慄田艦隊未完成整編隊形便發動進攻，加上美軍驅逐艦的攻擊將他的隊形打破了，各戰隊散亂在廣闊的海面上。他喪失了對戰事的戰術指揮，三艘他的重巡洋艦被集中的海上和空中的襲擊沉沒。
慄田於09:20下令北轉整理隊型。躲過慄田的艦隊襲擊的護衛航空母艦遭受的打擊並沒有結束，被"神風特攻隊"自殺飛機擊沉一艘，另兩艘遭到重創。不久慄田的艦隊改變航向，駛往萊特灣。就在日本計劃就要得逞的時候，慄田再次北轉撤退。他感覺美軍支持艦隊正向他包圍過來，因此他感覺參戰的時間越長，他遭到美國強大空襲的可能性就越高。
在不停的空襲下他向北，然後向西穿過聖貝納迪諾海峽。往返航行300海里的第三艦隊於26日日出後，派艦載機對慄田艦隊的掉隊艦隻進行了襲擊。慄田艦隊的長門號、金剛號和榛名號受重創。他帶五艘戰列艦進入戰場，當他回到日本時，只有大和號還有作戰能力，但也喪失了拋錨能力。
在六天之內，日軍與盟軍投入船艦總噸位超過兩百萬噸，其中盟軍艦隊多達133萬噸，日本海軍則達73萬噸。21艘航空母艦、21艘戰列艦、170艘驅逐艦與近2000架軍機參與了戰鬥。結果數量上遠居於劣勢的日本聯合艦隊戰敗。巡洋艦以上重型軍艦13艘被擊沉，日本在菲律賓一帶海基與陸基航空力量被消滅，嚴重打擊了日本全局的實力，從此日本聯合艦隊在太平洋戰爭中，不再是一個戰略力量。此戰役也爲後來美軍成功攻下菲律賓羣島、沖繩島等地打下基礎。
由於戰局無望，日本此役第一次有組織地發動神風特攻隊自殺攻擊。在整個戰役中，小澤的表現最爲搶眼。他成功的完成了誘敵任務，讓慄田有機會安然通過聖貝納裡諾海峽。他的艦隊本來就是準備犧牲掉的，但是小澤努力把損失降到最低。如果不計算目標巨大又很脆弱的航母的話(當然事實上不可能不計算，美軍空襲的主要目標就是航母，這也是其他艦隻能撤退的重要原因之一)，出擊的小澤在美軍空中、海上和海下三面打擊中帶着2/3以上的艦隻安然返回。
何況如果不是杜博斯的謹慎，小澤有可能會在劣勢中抓住重創美軍的唯一機會。