Nella battaglia al largo di Samar, la "Nagato" impegnò le portaerei di scorta e i cacciatorpediniere dell'US Task Group 77.4.3. Alle 06:01 la corazzata aprì il fuoco sulla "St. Lo", impiegando per la prima volta i suoi cannoni contro una nave nemica, senza colpirla. Alle 06:54 il cacciatorpediniere "Heermann" sparò una salva di siluri contro la "Haruna"; i siluri però mancarono la "Haruna" e si diressero verso la "Yamato" e la "Nagato" su direzioni parallele. Le due corazzate furono costrette ad allontanarsi dall'azione, dirigendosi a nord per 10 miglia (16 km), fino a quando i siluri finirono la propulsione. Ritornata in azione, la "Nagato" continuò ad impegnare le portaerei americane, sparando 45 proiettili da 16,1 pollici (406 mm) e 92 proiettili da 5,5 pollici (140 mm).