1944年移驻雷伊泰島，10月12日，美军4个师登陆雷伊泰島，第16师团集中兵力死守塔克罗班机场，不敌失守。日军大本营不停地向雷伊泰島派遣援军，雷伊泰島的攻防战持续到了1944年12月，日军损失惨重。12月15日，美军在吕宋岛附近的明德罗岛登陆。日军所规划的雷伊泰島决战丧失战略意义，日军大本营命令在雷伊泰島守军“自给自足，永久抗战”，第16师团残部退到坎基伯特山中展开游击战。战后统计，第16师团有13778名官兵参加了雷伊泰島戰役，战死13158名，幸存仅620名，师团长牧野四郎中将在1945年8月10日自決。