In der See- und Luftschlacht im Golf von Leyte im Oktober 1944 war die "Zuikaku" unter Kommandant Kapitän Kaizuka Takeo mit den verbliebenen japanischen Trägern Teil der nördlichen Ablenkungsgruppe unter Vizeadmiral Ozawa Jisaburō in die Seeschlacht vor dem Kap Engaño verwickelt. Mit nur 13 eigenen Jagdflugzeugen, die sich als Eigensicherung in der Luft befanden, wurde sie am 25. Oktober 1944 von rund 80 amerikanischen Flugzeugen in mehreren Wellen von 8:35 Uhr bis 13:25 Uhr angegriffen. Im folgenden Gefecht wurde sie von sieben Torpedos und neun Bomben getroffen. Die Torpedos trafen überwiegend die Backbordseite des Schiffs und verursachten schwere Wassereinbrüche, die zu einer nicht mehr zu korrigierenden Schlagseite führten. Gegen 14:14 Uhr kenterte das Schiff nach Backbord und ging über das Heck unter. 862 Mann der "Zuikaku" konnten durch die japanischen Zerstörer "Wakatsuki" und "Kuwa" aufgenommen werden, 842 Seeleute und der Kommandant starben während der Luftangriffe oder gingen mit dem Schiff unter.