Все четыре крейсера приняли участие в сражении в заливе Лейте в октябре 1944 года. Утром 23 октября Первое набеговое соединение было атаковано американскими подводными лодками, и первой их жертвой стал флагманский «Атаго»: он получил с «Дартер» четыре торпеды Mk 14 в правый борт и, несмотря на борьбу за живучесть, спустя двадцать минут перевернулся. Погибло около 360 человек, примерно 700 спасли эсминцы, включая и адмирала Куриту со штабом. «Такао» получил две торпеды с той же подводной лодки, нанёсших ему серьёзные повреждения (крен в 10° из-за затопления трёх котельных отделений, погнуты перо руля и оба винта правого борта, вышли из строя два ТЗА, 33 убитых), и под конвоем эсминцев был отправлен на ремонт в Бруней. Наконец, крейсер «Мая» был поражён в правый борт четырьмя торпедами с «Дейс» и в результате последующего взрыва носовых погребов затонул в течение 8 минут. Погибло 336 человек (включая командира капитана 1-го ранга Оэ), 769 было спасено другими кораблями (из них только 635 пережили последующий бой в море Сибуян и потопление «Мусаси»). Не получивший никаких повреждений «Тёкай» продолжил путь с соединением Куриты. Утром 25 октября в ходе боя у острова Самар он предположительно принял активное участие в потоплении эскортного авианосца «Гэмбир Бэй» и эсминцев «Хоэл» и «Джонсон», затем после налёта «Эвенджеров» эскадрильи VC-5 с «Киткун Бэй» в результате попаданий 500-фунтовых авиабомб и последующего пожара потерял ход. Эсминец «Фудзинами» снял с крейсера экипаж и вечером добил его торпедами. Поскольку «Фудзинами» на рассвете 27 октября был потоплен авиагруппой «Эссекса» со всеми находившимися на борту, то с «Тёкая» не спасся никто.