Dois anos depois, durante Batalha do Golfo de Leyte, Shima liderou uma das esquadras que participou da Batalha do Estreito de Surigao. Derrotado junto com as outras forças navais japonesas envolvidas nas batalhas nos mares de Leyte, foi obrigado a fugir de volta para o Japão, depois de ter vários de seus navios afundados pelos aviões e canhões inimigos.