Nel quadro della cruciale operazione "Shō-Gō 1" lo "Yamagumo" arrivò a metà ottobre alle isole Lingga e il 17 salpò di scorta alla squadra di rifornimento per le forze appositamente riunite a Brunei, dove il mattino del 22 ottobre fece il pieno di carburante attigendo dai depositi della "Fuso". Partì nel pomeriggio aggregato alla squadra del viceammiraglio Shōji Nishimura, che comprendeva inoltre la nave da battaglia , l'incrociatore pesante e i cacciatorpediniere "Asagumo", "Michishio" e "Shigure". La squadra passò attraverso il Mare di Sulu e a nord di Mindanao per percorrere da sud lo Stretto di Surigao e sbucare così a meridione delle teste di ponte statunitensi a Leyte. Nella notte del 24-25 ottobre le unità giapponesi cozzarono però contro il massiccio schieramento della Settima Flotta: lo "Yamagumo" si trovava in testa con le due unità sorelle e fu investito in pieno dal preventivo attacco silurante eseguito da un gruppo di cacciatorpediniere americani. Attorno alle 03:20 fu centrato a mezzanave da almeno due siluri provenienti dall': le detonazioni fecero saltare in aria, sembra, i siluri del cacciatorpediniere e lo scoppio risultante tranciò in due l'unità. Lo "Yamagumo" affondò in appena due minuti, con la prua e la poppa a formare una stretta "V" e tra le fiamme del suo stesso carburante incendiato, in mezzo allo stretto (). Dell'equipaggio si salvarono solo due marinai.