Il 2 novembre le riparazioni d'emergenza furono terminate e il "Nachi" tornò in acqua, ricevendo ordine di prepararsi a una probabile sortita per proteggere a distanza il traffico navale da Luzon e altre isole minori a Leyte (operazione TA), sulla quale la guarnigione nipponica stava duramente contendendo il terreno alle divisioni statunitensi. Il 5 novembre la base di Cavite fu oggetto di quattro attacchi degli aerei imbarcati del viceammiraglio Halsey; dopo il ripiegamento della seconda ondata, l'incolume "Nachi" fu messo in moto dal capitano Kanōka (il viceammiraglio Shima era sceso a terra) e fece rotta verso il mare aperto, per non rimanere intrappolato nella rada. Si trovava al largo dell'isola di Corregidor quando, alle 12:50, fu preso di mira da uno stormo di circa sessanta tra bombardieri in picchiata e aerosiluranti: cinque bombe scoppiarono a bordo e due o tre siluri centrarono la murata di destra in corrispondenza delle sale caldaie. Il "Nachi", devastato, si fermò immediatamente e il cacciatorpediniere "Akebono" accorse per tentare di rimorchiarlo al sicuro. Alle 14:45 ebbe però inizio il quarto attacco aereo statunitense e il "Nachi" fu un obiettivo privilegiato, venendo squarciato da cinque altri siluri che esplosero a dritta; la prua fu staccata di netto, la poppa fu disintegrata dallo scoppio dei magazzini di munizioni e i sui resti affondarono quasi subito. Inoltre ben venti ordigni e 16 razzi centrarono lo scafo mozzo, che si capovolse e colò a picco alle 14:50, 12 miglia a nord-est di Corregidor (). Si ebbero 807 morti tra l'equipaggio incluso il capitano Kanōka e 220 superstiti, che furono tratti in salvo dai cacciatorpediniere "Ushio" e "Kasumi".