К 1944 году, после больших потерь японского флота, «Ямасиро» оставил службу в береговой обороне и вступил в состав флота, ведущего активные боевые действия. Линкор был флагманом Южной группы вице-адмирала Сёдзи Нисимуры. Участвовал в сражении в проливе Суригао, самой южной битве сражения в залива Лейте. Ночью и ранним утром 25 октября «Ямасиро» сражался против превосходящего американского флота. Линкор был потоплен торпедами и орудийным огнём американских линкоров. Вице-адмирал Нисимура погиб вместе в кораблём, и только 10 членов экипажа выжили.