До 1944 року, після великих втрат японського флоту, «Ямашіро» залишив службу в береговій обороні і вступив до складу флоту, провідного активні бойові дії. Лінкор був флагманом Південної групи віце-адмірала Шьоджі Нішімури. Брав участь у битві в протоці Сурігао, самої південної битві битви в затоки Лейте. Вночі та рано вранці 25 жовтня «Ямашіро» бився проти переважаючого американського флоту. Лінкор був потоплений торпедами і гарматним вогнем американських лінкорів. Віце-адмірал Нішімура загинув разом з кораблем, і тільки 10 членів екіпажу вижили.