План операции «Сё-Го» был приведён в исполнение 17 октября, и в ночь на 18-е Первое набеговое соединение покинуло Лингу. 20-го корабли зашли в Бруней, а 22-го прошли проливом Сан-Бернандино. Утром 23-го октября западнее острова Палаван идущее 16-узловым зигзагообразным ходом соединение было атаковано американскими подводными лодками. В 6-33 флагманский «Атаго» был поражён в правый борт четырьмя из шести выпущенных «Дартер» торпед Mk 14, каждая из которых несла 300 кг торпекса. Первое попадание пришлось в кладовую у 30-го шпангоута, оно разрушило шпилевое отделение и привело к поступлению воды в носовую часть. Второе было у котельного отделения № 1, в результате сразу же было затоплено и оно, и соседнее № 2. Третье попадание в районе 180-го шпангоута привело к затоплению котельного отделения № 6 и пожару в соседнем № 7. В результате четвёртого были затоплены машинное отделение № 4, задний генераторный отсек и погреба 4-й башни ГК. Крейсер сразу же получил крен на правый борт в 8°, быстро выросший до 18. Несмотря на контрзатопления машинного отделения № 3, котельного отделения № 7 и водонепроницаемого отсека № 4, он вскоре достиг 23, а потом и 54°, после чего был отдан приказ покинуть корабль. В 6-53 «Атаго» перевернулся и затонул, уходя носом под воду, это произошло в точке с координатами . Погибло 360 членов экипажа, 529 было поднято из воды эсминцем «Кисинами» (включая вице-адмирала Куриту, членов штаба Второго флота во главе с контр-адмиралом Коянаги и командира крейсера контр-адмирала Араки) и ещё 171 принял на борт «Асасимо».