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レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
8時15分、第1次攻撃隊180機が機動部隊本隊に来襲した。小沢は友軍全般に宛て「敵艦上機約80機来襲我と交戦中。地点ヘンニ13」(1KdF機密第250815電)と打電した。ハルゼー機動部隊との交戦開始を報じる重要な電文だが友軍各部隊のどこにも届かなかった。8時35分、瑞鳳が被弾し一時舵が故障。8時37分に瑞鶴が魚雷1本被雷し速力低下、8時40分には通信不能になる。他にも伊勢が至近弾2発、大淀が直撃弾1発・至近弾2発を受ける。
駆逐艦秋月は8時50分頃に突如爆発し6分後に沈没、その原因はいまもって諸説ある。空母千歳は5発の直撃弾と無数の至近弾を受ける。特に8時35分に受けた爆弾3発は左舷前部水線下に命中して罐室に浸水を招き、9時15分には航行不能となる。傾斜復元の努力も甲斐なく9時30分には総員最上甲板の命令が出る。9時37分に千歳は沈没、艦長岸良幸大佐以下468名が戦死し、496名が軽巡五十鈴と駆逐艦霜月に救助された。軽巡多摩も被雷し大傾斜、9時には航行不能となる。この空襲の合間に索敵機より敵情報告が届き、敵艦隊が南方140海里付近にいることが判明したが、この情報は他艦隊に通達されなかった。
この空襲の際、艦隊上空を守る直掩機は18機 だけだった。直掩隊は少数ながら善戦し17機の撃墜を報じている。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
8時54分、小沢は旗艦を通信が難しくなった瑞鶴から大淀に替えるべく同艦に接近を指示する。しかし第二次空襲が始まり旗艦変更は中止された。そのため機動部隊本隊より友軍各隊に送る戦闘速報「1KdF機密第250937番電」（瑞鶴らの被害を報じる電文）が遅れ、実際の発信は11時頃となったがこの無電も前述の250815電と同様、友軍各部隊には一切届かなかった。
9時42分、日向の電探が敵の編隊を捕捉、9時58分より攻撃が開始された。
襲来したのはシャーマン隊、デヴィソン隊の計36機で、まず10時に唯一無傷だった千代田に爆弾1発が命中し大火災、10時16分に航行不能となる。五十鈴は艦隊より被雷した多摩の救助に向かうよう指示を受け、10時10分に合流する。このとき多摩は速力18ノットまで出せるようになっていた。2隻はやがて千歳沈没点に到達し生存者を発見、五十鈴が救助作業にあたり多摩は松田第四航空戦隊司令より単独で中城湾に向かうよう指示され別行動に移った。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
10時14分、大淀が空襲の合間を見て再び瑞鶴に接近する。しかし敵機が襲撃してきたので作業はまたもや中断し、10時26分に三度接近し短艇を送る。この際大淀短艇は海上に不時着水した零戦の乗員1名（南義美大尉）を救助している。10時51分、小沢以下司令部要員は瑞鶴を離艦し10時54分、大淀に移乗した。小沢は移乗すると直ちにその旨を「1KdF機密第251107番電 大淀に移乗作戦を続行す」と打電する。この電文は軍令部にも届いているが、それまで軍令部に届いた電文がこれと前述の「触接を受けつつあり」の2電しか届いておらず、内容もハルゼー機動部隊の誘致に成功したと判断できるものではなかったことから、軍令部は囮作戦は成功していないと判断していた（後述）。また12時31分には「1KdF機密第251231番電」として秋月の沈没や千歳、多摩の落伍、瑞鶴の通信不能などを打電する が、大幅な遅延のため第一遊撃部隊の反転の際は届いていなかった。
この時点で、上空を守る直掩機は小林大尉以下9機に減じていた。着艦しようにも空母はどれも着艦不能であり、燃料を使い果たして11時過ぎに全機が海上に不時着水する。乗員は11時58分頃に駆逐艦初月に救助された。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
この頃、ハルゼーの元にキンゲイトからの救援要請が届いた。ハルゼーにサマール島沖の交戦（後述）の1報が届いたのは、戦闘開始から1時間以上も経った8時22分であった。8時30分には高速戦艦隊派遣の要請無電が入っている。
ハルゼーはフィリピン東方海上で燃料補給中であった第1群(TASK GROUP 38.1)司令官ジョン・S・マケイン中将に「可能な限り早く攻撃する」よう打電し、これをもってキンゲイトへの救援としていた。9時以降もキンゲイトより危機的状況を伝える至急電が続いたが、ハルゼーは空母第1群を送り込むことで自分がやれることは十分やっていると考え、小沢艦隊を求めて北上を続けた。
その頃、真珠湾の太平洋艦隊司令部には両艦隊からの緊迫した無線が入っており、ニミッツは海戦の状況に気をもんでいた。司令長官就任以来作戦中の現場指揮官に直接指示をしたり、報告を要求するなどの介入は控え、彼らに一任するのを自身のスタンスとしていたニミッツだったが、スプレイグが攻撃を受けていると知ると、自らスタンスを捨て「第34任務部隊の位置を知らせよ（Where is Task Force Thirty Four?）」とハルゼーに尋ねるよう指示、司令部より以下の電文が発信された。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
TURKEY TROTS TO WATER 「七面鳥は水辺に急ぐ」GG FROM CINCPAC ACTION COM THIRD FLEET INFO COMINCH CTF SEVENTY-SEVEN X「発 太平洋艦隊司令長官、宛 第3艦隊司令長官、合衆国艦隊司令長官、第7艦隊司令長官」WHERE IS RPT WHERE IS TASK FORCE THIRTY FOUR RR「第34任務部隊は何処にありや、何処にありや」※RPTはRepeat（繰り返す）の略THE WORLD WONDERS「全世界は知らんと欲す」
米軍では暗号変換の際に敵の暗号解読を混乱させるために前後に意味のない文言をつけている。本文の場合、「TURKEY TROTS TO WATER」と「THE WORLD WONDERS」がそれにあたり、本来なら解読の際に取り除くことになっている。ハルゼー艦隊各艦の通信員は皆そう対処したのだが、旗艦ニュージャージーの通信担当者だけが、「THE WORLD WONDERS」を削除する文言なのか判断できずにそのままの状態で司令部に送ってしまった。
文面を受け取ったハルゼーはこれを自分への侮辱だと受け取り、怒りで顔を真っ赤にして軍帽を甲板に投げつけ、電文を握りつぶしながら涙声で「チェスターにこんなひどい通信文を私に送るどんな権利があるんだ」と怒鳴った。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
そして9時55分、ハルゼーはボーガン少将指揮の第2群に、10時15分にはリーの第34任務部隊に、それぞれ反転してレイテ沖に急行するよう命じた。小沢艦隊への攻撃は第3群と第4群、巡洋艦部隊（ローレンス・T・デュボース少将指揮）に続行させ、指揮をミッチャー中将に一任した。
だが高速の機動を繰り返していた第34任務部隊は、小型艦艇への補給が必要だった。そこでハルゼーは座乗するニュージャージー以下第7戦艦戦隊の戦艦2隻、第14巡洋隊の軽巡3隻、他駆逐艦8隻を更に抽出して第34任務部隊第5群を臨時編成、第7戦艦戦隊司令官オスカー・ バッジャ少将を指揮官に命じて自身と共に先行、リーの本隊はこの後詰という形にした。
12時58分、小沢は第6群を指揮する松田少将に対し合同命令を出す。しかし直後の13時05分、反転したハルゼーに代わり指揮をとるミッチャー率いる第38任務部隊第3及び4群から出撃した延べ240機近い攻撃隊が上空に到達する。攻撃隊は第6群を無視し第5群の瑞鶴と瑞鳳に攻撃を開始した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
瑞鶴には13時15分の被雷を皮切りに7本の魚雷と4発の直撃弾、無数の至近弾が命中し13時23分には傾斜が20度に達し大火災が起こる。13時27分に艦長より「総員発着甲板に上がれ」の下令。軍艦旗降下と万歳三唱がなされ総員退艦が始まる。そして14時14分に歴戦の空母瑞鶴は沈没した。艦長貝塚武男少将以下843名が艦と運命を共にし、生存者866名が駆逐艦若月に救助された。
瑞鳳は13時17分から10分間に魚雷2発と爆弾4発、至近弾多数を受ける。14時32分から20分の間には命中こそなかったが至近弾10数発を受け傾斜が16度になり主機械も全て停止、航行不能となる。15時10分、軍艦旗降下の上総員退艦が発令され、15時26分瑞鳳は沈没した。駆逐艦桑が救助にあたり艦長杉浦矩郎大佐以下847名が救助される。また戦艦伊勢も救助作業に加わり98名を救助している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
13時35分、合同命令を受電した松田少将の第6群は、千歳乗員の救助を終えて合流した五十鈴に千代田の曳航を命じて準備中であり、日向と駆逐艦槇がそれを護衛、霜月が千歳乗員の救助を継続中、多摩は単独で中城湾に退却中、所属する桐・杉は前日の転落者救助で隊から離れ合流できておらずと部隊は分散していた。また13時15分に五十鈴から燃料不足から千代田の曳航は困難との報告を受けていたこともあり、松田は曳航を断念、五十鈴・槇に千代田の処分と生存者の救助を命じ、日向と霜月を率いて第5群との合流を目指した。
千代田処分を命じられた五十鈴だが、曳航を断念せず準備を進めていた。その間にもアメリカ軍機が断続的に飛来し、その都度五十鈴は撃退した。しかし14時14分に遂に五十鈴が被弾し、応急操舵によらざるをえなくなる。14時40分に槇が到着するが、これも14時58分に敵襲を受け直撃弾を1発受けてしまう。千代田の曳航は絶望的となった2隻は15時に日没を待って接近し千代田処分と乗員救助をすることとし、それまで北方に避退することにした。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
15時48分頃、機動部隊本隊を蝕接していた米偵察機がその帰路、停止する千代田を発見する。既に放棄されていると考えた偵察機は接近したところ、千代田が発砲したため南方に退避する。やがて同機は北上するデュボースの巡洋艦部隊を見つけ通報、艦隊は直ちに急行し千代田を発見、16時25分砲撃を開始する。16時47分千代田は左に転覆し沈没、艦長城英一郎大佐（当日付けで少将に昇任）以下全乗員が戦死した。
この頃の機動部隊本隊は大淀・伊勢が北上中、駆逐艦初月・若月・桑が瑞鶴・瑞鳳の生存者を救助中、松田の日向・霜月が大淀と合流すべくこれも北上中で微速で中城湾に向かう多摩と同航態勢、千代田処分を一時断念した五十鈴と槇が主隊の南南西を伊勢の視界内で北上中というバラバラな状態であった。17時26分、北上する大淀・伊勢にアメリカ艦載機約85機が襲来する。攻撃は伊勢に集中し、艦長の中瀬泝大佐の適格な操艦により直撃弾を受けなかったが、至近弾34発を受け左舷罐室に若干の浸水を受けた。また、伊勢は22機の撃墜を報じている。
同じ頃、アメリカ軍機は第6群にも襲いかかっていた。17時22分、アメリカ軍機約10数機が日向と霜月を攻撃、日向は7発、霜月は10発の至近弾を受けるが直撃弾はなかった。これ以降アメリカ軍機の襲来はなく、第6群は18時44分に第5群と合流した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
単独で退避する多摩は16時25分、北上する日向、霜月とすれ違った。単独で退避させることの危険、特に敵潜水艦の襲撃に松田は懸念を持つが護衛につける艦艇の余裕もなく、多摩からの回航地を呉に変更したいとの要請に了承を与えたのみだった。その後アメリカ軍機の来襲があり、日向らと多摩は別れたが多摩は以後消息を絶つ。戦後にアメリカ側の資料で判明したのはアメリカ潜水艦ジャラオが25日20時頃に発見し追尾、23時1分に7本の魚雷を発射、観測任務を担当した僚艦のピンタドは3本の魚雷が命中したことを確認、多摩は船体が2つに折れて沈没した。艦長山本岩多大佐（千代田の艦長と同じく25日付けで少将に昇任）以下総員が戦死した。
一時退避していた五十鈴は、17時47分に再度千代田を救助すべく反転する。しかし槇は燃料が欠乏しており、本隊との合流を継続、五十鈴単艦で南下を開始した。18時すぎには五十鈴は瑞鶴乗員の救助を行う初月と若月を視認する。五十鈴は初月に千代田の消息を尋ねたが判明しなかったので燃料不足を理由に捜索と所在確認を依頼した。18時20分には若月が救助作業を終えて五十鈴と合流し南下を継続する。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
19時05分、五十鈴は突如初月が発砲したのを視認する。千代田を沈め北上を続けてきたデュボーズ部隊と遭遇し迎撃を開始したのだった。同隊は索敵機より18時40分に北方に停止する巡洋艦1（救助作業を続けていた初月）とその周りを警戒する駆逐艦2（千代田救出のために動いていた五十鈴・若月）発見の報を受けて急行したのだった。19時7分には五十鈴の付近にも砲弾が飛来し電探も敵艦隊を捕らえた。五十鈴は小沢に敵艦隊の発見と千代田の捜索中止を知らせ煙幕を展張、若月と共に直ちに反転、撤退を開始する。初月は煙幕を展開するとジグザグ運動を行い敵からの砲撃をかわしていたが、敵との距離が6海里まで迫った頃に反転し、反撃態勢に入る。
初月は単艦で重巡洋艦2（ウィチタ、ニューオーリンズ）、軽巡洋艦2 (モービル、サンタフェ)、駆逐艦9の13隻を相手にすることとなった。アメリカ側の記録では18時53分、初月は魚雷発射態勢をとり、デュボーズ部隊に回避運動をとらせて逃走した。19時15分、デュボーズ部隊は再び初月を捕捉し、5,500mから射撃を開始。また駆逐艦を先行させて魚雷攻撃を実施、これにより初月は速力が低下する。その後デュボーズ部隊は初月1隻を繰り返し攻撃し20時15分には初月は停止、20時59分に爆発を起こして沈没した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
この奮闘により五十鈴と若月は戦場を離脱できたが、初月は第61駆逐隊司令の天野重隆大佐、艦長の橋本金松中佐以下総員が戦死、初月に救助されていた瑞鶴乗員や正午前に同艦が救助していた直掩隊の小林保大尉以下零戦搭乗員全員が運命を共にした。だが瑞鶴の乗組員を救助中だった初月の内火艇が戦闘開始により取り残され、これに乗っていた乗組員（初月乗員8名、瑞鶴乗員17名）は、21日間の漂流を経て台湾に流れ着き生還している。
小沢は初月からの交戦報告を受け、部隊に南下を命じたが時間を要した（ほとんどの艦が損傷していたためとされる）。また、急行途上に若月より戦艦2隻を含む艦隊と報告を受けたので、ハルゼー指揮の高速水上砲撃部隊と誤認、南下を続けた。21時53分には避退する五十鈴、若月と合流するが、五十鈴の燃料が欠乏しており、同艦はそのまま中城湾に退避した。若月より敵は戦艦以下10隻(重巡を戦艦と誤認)と報告を受ける。しかし、デュボーズ部隊は初月撃沈の後、21時30分にミッチャーの2個群と合流するため撤退したので遭遇できなかった、燃料も残り少なくなり、再び北へ反転し撤退した。
本隊は27日12時に奄美大島薩川湾に到着し、ここで待機していた補給部隊から補給を受けた。別行動をしていた五十鈴や槇、桑などは沖縄県中城湾に入港するが補給するための燃料がなく、結局奄美大島にむかい同地で本隊と合流した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
28日14時頃より本隊への補給が開始される。予定と異なり油槽船はたかね丸1隻だけとなっていたが、本隊も空母4隻含むかなりの艦艇を失っていたため、たかね丸1隻の搭載量でも十分な補給が出来た。補給を終えた本隊はここで2手に分かれ、小沢長官は旗艦を大淀から日向に変更したうえで、28日13時に日向、伊勢、五十鈴、霜月、桑、槇を率いて内地に向かい出港する。大淀、若月は29日にマニラに向けて出港、再び前線に向かう事になった。
機動部隊本隊は、24日に行われた第一遊撃部隊主隊への攻撃を自艦隊に引きつけることはできなかった。25日になって第38任務部隊の牽制に成功しているが、既に主隊は戦力の中核である大和型戦艦2隻のうち武蔵を失い、一時反転をせざるを得ない状況となった。またこれにより第一遊撃部隊第三部隊との連携した突入が難しくなり第三部隊の単独突入、そして壊滅の遠因ともなったことから、主隊を米機動部隊の航空攻撃から目をそらすことには実質的には失敗している。後の目から見れば25日になって第38機動部隊2 - 4群の阻止攻撃から主隊を解放していたが、主隊側にそれが判る術はなく、後述する第一遊撃部隊の反転により機動部隊本隊の損耗も無駄となった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
大淀戦闘詳報では突入作戦自体にも触れており、アメリカ軍上陸から2日以内、敵の体制が整わぬうちに突入する予定であったものを、既に2日以上経過し、相手の体制が整った状態で突入し、案の定敵の熾烈な迎撃を受けて壊滅したことを指し「何ら術策を用いず単純に突入することはまさに自殺行為」「単純なる無謀の勇猛果敢の如きは国家を危うくするものなり」と水上艦隊を期日を過ぎても突入させようとしたことに対してかなり手厳しく批判している。
虎の子の空母4隻他多数の艦艇を、囮として無為に失ったことに対する乗員側からの批判もあった。特に真珠湾攻撃以来主力として前線で戦い続けた瑞鶴乗員の艦隊司令部への反感は大きかったようで、旗艦変更のため大淀の短艇が瑞鶴に到着して小沢らが移乗した際、艦上の乗員から「馬鹿野郎！ 俺たちを見殺しにするのか」「小沢！ これが長官のやることか！」と罵声が浴びせられたという。この時は艦に残っていた貝塚武男艦長が「どんなことがあっても軍艦瑞鶴を守るぞ！」と乗員に伝えたことで士気を上げて収まったが、海戦後に瑞鶴生存者を奄美諸島で人員確認のため降ろした際、近づいてきた大淀を見た生存者の中から怒号が起こり、副長の高田中佐が必死に制止する騒ぎになっている。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
当時軍令部部員だった野村實が編纂に関わった戦史叢書『大本営海軍部・連合艦隊(6)第三段作戦後期』では、軍令部には機動部隊本隊の状況が正確には伝わらず空母4隻は健在と考え、囮作戦は成功していないと考えていて、ハルゼー艦隊は依然第一遊撃部隊の北方に展開していると判断していたと記述しており、及川総長の27日朝の戦況奏上でもその旨申し上げていた処、艦隊の奄美大島帰着後28日に初めて事実が判ったと書かれているという。近年の研究では、空母4隻の沈没を軍令部が知ったのは27日正午に小沢が奄美大島に帰投してからであり、当日中に参謀本部へも伝えられていたことが明らかになっており、到達日時が異なるが及川の戦況奏上の時点（27日早朝）では、4空母沈没は軍令部に報告されていなかったことが判明している。
こういった重要電文が届かなかった理由として、機動部隊本隊側は「旗艦の通信能力の低下により通信代行を瑞鳳に命じたが、その担当者は戦死したので詳細は不明である」と報告したとも記載している。
このように、機動部隊本隊と参加各部隊との情報伝達には不具合が多く発生し、特に機動部隊側の発した無電が軍令部や連合艦隊司令部、参加各部隊には一切届いていない事例が多く発生していた。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
反転後、再びレイテ湾を目指していた第一遊撃部隊は第38任務部隊による妨害を受けず、25日0時30分にはサンベルナルジノ海峡を通過し、サマール島沖に差しかかっていた。この時点での戦力は戦艦4隻、重巡洋艦6隻、軽巡洋艦2隻、駆逐艦11隻となり、どの艦も大なり小なり損傷を被っていて、計画も6時間の遅れが生じており、このままでは翌25日も敵機動部隊からの空撃を受ける可能性があった。基地航空隊がどれだけ敵に打撃を与えたのか第一遊撃部隊側は知りたかったが、24日に知り得た戦果情報はクラーク基地より11時55分に発した「クラーク基地機密第241145番電」ぐらいしかなく、24日の空襲の激しさから基地航空隊の攻撃は不十分であると推測する。22時13分、各航空部隊指揮官に宛てて「1YB機密第242213番電」を発し、激烈な調子で協力要請を行っていた。第5基地航空部隊指揮官の福留長官は栗田を含めた指揮官に対して22時44発「6FGB機密第242244番電」で、
と報告したが、栗田に届いたのは25日の6時30分でサマール沖でタフィ3を発見しようとしていた頃だった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
25日1時55分、栗田は艦隊編成をY12索敵配置に変更した。2時20分、第一遊撃部隊第三部隊より「2S機密第250100電」が届き、次いで3時35分に「2S機密第250322電」が着電する。これが同部隊からの無電で第一遊撃部隊が把握した最後のものとなった。
その後第三部隊を続航する第二遊撃部隊より、4時18分に「2YB機密第250405電」、次いで4時25分に「2YB機密第250425電」、約1時間後の5時22分に「2YB機密第250522電」が届き、第三部隊の全滅が伝えられた。これ以降第二遊撃部隊との連絡も途絶え、敵情の把握も出来ない状態のまま、出たとこ勝負でひたすら盲進を続けることになる。06時の時点で第一遊撃部隊主力はスルアン灯台の358度80浬付近にまで進出していた。
6時23分、大和のレーダーが敵機を探知し、以後断続的に敵艦載機を発見、砲撃して追い払う。第一遊撃部隊が対空戦闘に備えた陣形をとりはじめた6時30分。索敵隊形の左翼先頭にいた矢矧が水平線上のマストを発見し通報した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
6時45から48分にかけて、大和見張り員が35km先水平線にマストを確認した。それはサマール島沖で上陸部隊支援を行っていたクリフトン・スプレイグ少将指揮の第77任務部隊第4群第3集団の護衛空母群（コードネーム"タフィ3"）であった。第一遊撃部隊はこれを正規空母6隻のアメリカ軍主力機動部隊と誤認する。このとき部隊は針路変更を開始したばかりで陣形はまだ整頓されていなかったが、栗田は6時53分に連合艦隊及び各部隊に敵発見の第一報を打電、6時57分攻撃を開始した。栗田は第五・七戦隊に突撃を命じ、水雷戦隊には後続を命じた。第一戦隊の戦闘指揮は栗田ではなく宇垣がとった。
第77任務部隊護衛空母群は20日の上陸以来、計画通り支援任務に徹し、まともな敵の攻撃を受けてこなかったが、24日になると多数の日本軍機がレイテ湾に飛来してきた。また3つの日本艦隊が報告されており、25日は敵艦隊への攻撃で多忙を極めることは予想されていた。深夜には第一遊撃部隊第三部隊の接近が報じられたが、第一遊撃部隊主隊の動静について音沙汰はなかった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
6時半、タフィ3の艦船は警戒を解除し、第3種警戒（通常配置）に移ってよいとの指示を受けたが、その頃より短距離無線に日本語の音声が流れだし、SG レーダーも北方から接近する物体を捕捉した。6時46分に見張り員が北西水平線上に対空砲火の炸裂を確認、それとほぼ同時に艦隊上空を飛行中の友軍機から「敵水上部隊、そちらの機動群の北西20海里を20ノットで接近中」という無線連絡があった。
当初スプレイグはパイロットの見間違いと考えて識別の確認を指示したが、ほどなく敵であるという報告が相次いで届き、水平線上から日本艦隊の姿が現れ、急速に接近してきていた。
スプレイグはすぐさまに全艦に総員戦闘配置を発令、周辺の各群に支援要請を行った。そして部隊の速力を最大にして東への変針、そして艦載機の全機発艦を命じた。護衛の駆逐艦には煙幕を張るように指示している。このスプレイグの指示によって、タフィ3は30分あまりで既に発艦していたものを合わせ100機弱の航空機を発艦させている。これらは第一遊撃部隊攻撃の後、アメリカ軍占領下のタクロバン飛行場等に着陸、一部は補給のうえ反転避退する第一遊撃部隊を再攻撃している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
6時58分、宇垣は大和、長門に射撃開始を下令、両艦は敵に向けて砲撃を開始した。第一戦隊左舷を併走していた第三戦隊では榛名が7時1分に砲撃開始、金剛は独自に東に変針し7時に北方より砲撃を開始した。7時3分、栗田は戦艦戦隊・巡洋艦戦隊に突撃を指示、戦隊司令部の判断で行動することを容認した。これを受けて第五、第七戦隊は東に転針して敵艦隊に突入を開始、戦艦部隊は引き続き砲撃を浴びせ続ける。この頃栗田は第三部隊に生存艦がいるかもしれないと考え、西村長官宛に自部隊の位置を報告し合同するよう打電している。
第一遊撃部隊から砲撃を受けたタフィ3は東へ逃走を開始する。このため第一戦隊は針路を変えるが第十戦隊の針路と交差することになり、第十戦隊は金剛に後続するように動きを変える。タフィ3の前方には運よくスコールがあり、部隊はそこに逃げ込むと共に護衛の駆逐艦は煙幕を展開、撤退を掩護する。このため戦艦部隊の砲撃は思うようにいかず、7時9分第一戦隊は砲撃を一時中断する。この時点では巡洋艦部隊は未だ敵を射程に収めておらず、第一遊撃部隊の攻撃は一時中断する。7時17分、大和は護衛の敵艦に副砲による攻撃を開始、7時25分には敵巡洋艦撃沈を報じている（アメリカ軍記録には沈没艦艇の記録は無い）。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
別行動をとった金剛はスコールで敵を見失った第一戦隊と異なり切れ間から敵を確認していたので砲撃を7時25分まで継続、その間の22分にはアメリカ軍機の機銃掃射を受け10m測距儀が破壊されている。まもなく自らもスコールに入ってしまった金剛は射撃を中止した。榛名は長門に続いて砲撃を開始、敵がスコールに入ると砲撃を中止し、煙幕からでてくる敵艦を迎撃する。日本艦隊の砲撃は護衛空母ホワイト・プレインズに集中したが命中弾はなかった。
戦艦・巡洋艦部隊を後続している水雷戦隊のうち、第二水雷戦隊旗艦能代は7時27分に接近する敵艦を砲撃、また麾下の駆逐艦の対空射撃で1機を撃墜している。第十戦隊も後続していたが数機ずつ連続して攻撃してくる敵機の対処に追われ進撃が滞っていた。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
7時10分頃より迎撃にでたアメリカ艦載機が第一遊撃部隊に対して攻撃をし始める。また煙幕の中から敵護衛艦艇が幾度と無く現れては魚雷と砲火で反撃を繰り返した。突撃命令を受けて猛進する巡洋艦部隊のうち、最先頭を進む第七戦隊旗艦熊野は同時刻に煙幕から飛び出した敵艦艇を発見し砲撃、これは駆逐艦ジョンストンで、同艦は砲撃を受けると反撃をしながら接近し魚雷10本を発射する、このうちの1本が熊野に命中、同艦は艦首を切断し速力が14ノットに低下、隊列から落伍した。一方のジョンストンも直後に戦艦部隊から複数発の砲弾を浴び後部罐室及び機械室が破壊されるが運よくスコールが来て難を逃れた（戦艦大和の記録にある0725時敵大巡1隻轟沈はこのジョンストンのスコールへの退避を轟沈と誤認したものと思われる）。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
駆逐艦ホーエルは金剛に向かって突進、金剛の応戦で7時25分に艦橋に命中弾を受ける。ホーエルはそれでもひるまず7時27分に4本の魚雷を発射、金剛は7時33分にその魚雷を発見し回避している。ホーエルはその後も被弾し続け罐室や砲が破壊されたが、ひるまず突進し7時55分に残りの魚雷を重巡洋艦羽黒に向けて発射、羽黒は7時57分にこれを回避している。駆逐艦ヒーアマンはホーエルに後続して接近、7時54分に羽黒に対して魚雷攻撃をかけるが回避され、逆に羽黒から集中砲撃を浴びる、更に遠方より金剛、榛名、大和、長門が接近するのを望見し、ヒーアマンは8時に残りの魚雷を榛名に放ったのちに退避した。
被雷落伍した熊野に替わり鈴谷が先頭に立った。しかし同艦もまもなく敵機の襲撃に遭い左舷後部に至近弾を受け、左舷の推進軸の1つが使用不能となり速力が23ノットに低下、隊列から落伍した。7時32分、第七戦隊司令白石萬隆少将は3番艦筑摩艦長則満宰時大佐に指揮の一時代行を指示、また同司令は鈴谷の損傷に気づかず熊野からの旗艦移乗を考え接近を命じる。白石司令が鈴谷の損傷に気づいたときは既に筑摩、利根ともに大分先方に進撃しており、呼び戻すわけにもいかなかった。そのため旗艦を鈴谷に移乗後に戦隊を追尾した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
第五戦隊は突進しながらアメリカ軍機の空襲や敵艦艇の反撃を受けた。羽黒は7時5分より断続的に敵機の襲撃と敵駆逐艦の砲撃にさらされた。一方23日に編入された重巡洋艦鳥海の行動については同艦の生存者がいないことから詳細は不明である。
7時50分、護衛空母カリニン・ベイが立て続けに被弾する（恐らく榛名の砲撃によるもの）。7時54分、東方に進む大和は接近する6本の魚雷を発見し左に転舵して回避する。ところがこの魚雷は低速で大和と同航してしまい、大和は右舷に4本、左舷に2本の魚雷にはさまれたまま主戦場から離れてしまう。魚雷の発射元は特定されていないが「戦史叢書海軍捷号作戦2―フィリピン沖海戦―ではアメリカ側資料の記事としてホーエルが羽黒に対して放った魚雷ではないかと推定している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
7時53分、羽黒は傾斜炎上中の空母（恐らくカリニン・ベイ）を発見し砲撃を開始する。スプレイグは残りの護衛駆逐艦4隻にも敵艦隊への攻撃を指示、まずサミュエル・B・ロバーツが突進して来た巡洋艦（艦名不明）に魚雷を発射するが回避される。続いてレイモンド、デニスも敵に接近、レイモンドは羽黒に、デニスは鳥海もしくは利根に対し魚雷を放つがどれも命中しなかった。これによりアメリカ駆逐艦はジョン・C・バトラー以外は全て魚雷を撃ちつくした。この時点で第五戦隊と第七戦隊の順番は変わり、第五戦隊が先頭を進んでいた。第七戦隊にも航空雷撃が行われ、筑摩が右に、利根が左に回避、直後に双方への別機の空襲にそれぞれが回避行動をとったため7時58分頃、2隻は大きく離れてしまう。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
7時59分、スコールから脱した金剛は右12度に敵空母を発見、8時2分に砲撃を開始する。同じくその前方の第七戦隊の筑摩と利根も同じ敵空母に対して8時5分より砲撃を開始した。この空母は護衛空母ガンビア・ベイで、1時間近く巧みな操舵で直撃を回避してきたが、8時20分に左舷中央の喫水線部分に1発の直撃弾があり、左舷前部主機械室に何トンもの浸水があって主機械1基を失い、速度が11ノットまで落ちた。艦長のウォルター・V・R・ヴェーウェグ大佐はスプレイグに艦が隊形から落後しつつあることを報告したが、ガンビア・ベイはたちまち日本軍の巡洋艦隊に追い付かれて至近距離から砲撃を浴びることとなった。
8時、羽黒に対し10数機が襲撃、1発が第二砲塔に命中し弾火薬庫の誘爆の危険があり注水が開始される。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
魚雷にはさまれ主戦場から離れてしまった大和は8時4分に敵への進撃を再開、8時14分に観測機（今泉馨中尉機）を射出する。同機はタフィ3に接近し空母1隻が炎上中であることを報告し、その後アメリカ軍機の迎撃にあいながらも幾度が状況報告をして9時30分に触敵を諦めサンホセ基地に帰投している。8時10分、空母（恐らくカリニン・ベイ）に砲撃をしていた榛名は左艦首方向に全く異なる空母部隊を視認する。これはタフィ3の南東で行動していた第2集団「タフィ2」であった。榛名艦長重永主計少将はこれを砲撃すべく接近するが低速の榛名は追いつくことができずまもなく振り切られた。8時30分頃榛名は再びタフィ3への追撃を開始した。
8時20分に金剛が煙幕を抜けて、ジョンストンを発見した。同艦は金剛へ40発の5インチ砲を撃ち込み数発の命中弾があったが、金剛はひるむことなくジョンストンに対して反撃を開始したため、ジョンストンは慌てて煙幕の中に逃げ込んだ。その後煙幕が晴れ、ガンビア・ベイが筑摩から砲撃を浴びているのを見たジョンストンは直ちに救援のため筑摩への攻撃を開始した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
8時26分、スプレイグはジョン・C・バトラーとデニスに敵巡洋艦と猛攻にさらされている護衛空母の間に立ちふさがるよう指示、2隻は左翼に移動する。ジョン・C・バトラーは魚雷を保持している唯一の駆逐艦だったが有効な射点につくことができなかった。またレイモンドが利根に接近し砲撃、利根もガンビア・ベイへの砲撃を一時中止しレイモンドを砲撃している。この間デニスは直撃弾3発を受けジョン・C・バトラーの煙幕に退避した。
8時30分、多数被弾し速力が17ノットまで低下したホーエルはそれでも退避することなく果敢に戦い続けていた。日本の巡洋艦に6,000ヤードまで近づき5本の魚雷を発射、その後退避しようとしたが猛射を浴びせられ、もはや速力が落ちているホーエルは退避できず多数の命中弾を浴びた。
その後ホーエルは左に傾いたため総員退艦が命じられ、8時55分ホーエルは転覆して艦尾から沈んでいった。総員300人のうち253人が戦死、わずかに生き残った乗組員のすぐ近くを、日本艦隊が進んでいった。大和の艦橋から海上を漂うホーエルの乗り組員を見下ろした宇垣は「彼等は我が艦隊の堂々たる追撃を如何に見たらん」という感想を抱いた。同じ頃サミュエル・B・ロバーツも命中弾を受けその後も連続して命中弾を受ける。同艦は9時10分に総員退艦が下令され、10時5分に沈没した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
8時45分、南西に進撃する第十戦隊は空母2隻を視認、木村進司令官は左雷撃戦を決断、しかし雷撃開始前に敵空母が煙幕に隠れてしまう。直後の8時48分頃、左前方から接近する駆逐艦を発見。これがガンビア・ベイを守ろうとするジョンストンであった。ジョンストンが魚雷を撃ったように見えた矢矧は右に回避しつつ高角砲で応戦、麾下の駆逐艦もそれにならった。ジョンストンはこの付近にいる唯一のアメリカ軍駆逐艦となったため、日本軍の巡洋艦と駆逐艦の集中砲撃を受け、前部砲塔は沈黙し艦全体が炎に包まれた。針路を狂わされた第十戦隊は8時59分に再度突撃針路につくと、9時5分アメリカ空母に対して雷撃を行ったが10kmの遠距離雷撃のため命中弾はなかった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
ガンビア・ベイも他のアメリカ軍艦艇から落伍し集中砲火を浴びて停止し大きく傾斜していた。格納庫内の艦載機が誘爆し、航空燃料が漏れて格納庫内は大火災となり、爆発でエレベーターが吹き飛ばされた。なおも砲撃が続くが距離が近くガンビア・ベイの装甲が薄かったため、徹甲弾は命中しても艦を貫通し炸裂しなかった。8時45分にヴェーウェグは機密書類の焼却と総員退艦を命じた。それでもガンビア・ベイは10分以上海上に浮かんでいたが、9時過ぎに転覆して海中に没した。海中に1,000人以上の乗組員が投げ出されが、救助が遅れて2日間海上に漂流することとなり、サメの餌食となった水兵も多数に上り、救助されたのは800人であった。
ガンビア・ベイを守ろうとしたジョンストンも最期を迎えつつあった。第十戦隊の駆逐艦はジョンストンに肉薄し斉射を浴びせたが、ジョンストンも反撃を試みている。それでも9時45分に機関が停止するとエヴァンスは総員退艦を命じた。沈みゆくジョンストンに雪風が接近したが、その際退艦する短艇に対し雪風の機銃員が射撃を加えたのを見た寺内正道艦長は、「逃げる者を撃ってはならぬ、撃ち方やめ、やめ」と大声で制し、10時10分にジョンストンが沈没するときには敬礼をし、ジョンストンの短艇はそのまま見逃した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
8時51分、進撃する鳥海の左舷中部に被弾、同艦はにわかに左に旋回し落伍する。同じころ筑摩も敵艦載機の攻撃を受け左舷艦尾に魚雷が命中、艦尾が大破し沈下、舵も故障し左に旋回して落伍した。同じころ、榛名と金剛の目撃情報を受け大和はもう1機の観測機（安田親文飛曹長機）を射出し南東の空母部隊に向かわせる。同機は8時55分に敵空母発見を報告、栗田は南東と南西に2個空母部隊がおり、自軍はその中間にいることを知る。
8時53分頃、筑摩は魚雷1本を艦尾に受けて火災が発生した。艦艇研究家の木俣滋郎によれば、この攻撃は護衛空母ナトマ・ベイから発進したTBF アヴェンジャーによる雷撃で、これにより舵故障と速力低下のため艦隊より落伍したが、利根は羽黒に続行した。
9時の段階でタフィ3に肉薄して攻撃するのは重巡2隻だけとなった。2隻は果敢にタフィ3を攻撃し数隻の撃沈を報じているが、アメリカ側の記録では損害はヒーアマンが筑摩からの攻撃を受け命中弾多数（筑摩落伍により難をのがれる）と上記のジョンストンと第十戦隊の交戦だけである。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
この時点で第一遊撃部隊司令部には各部隊から戦況報告はなく、海域に散ばっている状況で統制が取れなくなりつつあった。また攻撃開始から2時間が経過し、敵を高速機動部隊だと思い込んでいたこともあり、このままではいたずらに燃料を消費してしまうだけだと思われた。そこで栗田は9時11分に各艦艇に「逐次集まれ　我0900の位置ヤヒセ43」と下令。次いで9時27分に「我針路30度速力20ノット」と知らせ、艦隊の再集結を命じて北上した。このころ大和から見てレイテ湾方向である南西側は、タフィ3がばら撒いた煙幕や硝煙がいまだ多く残留しており、その方向に向かうのは危険であった。そのため若干遠回りになるが見通しのきく北方へ針路をとって集結しようと判断したのである。
サマール沖の戦闘で損傷した艦艇のうち、自力航行が可能だった熊野は既にサンベルナルジノ海峡に向けて退却していたので、戦場に取り残されたのは鳥海、筑摩の2隻だった。10時6分に鳥海に対して駆逐艦藤波が、11時40分には筑摩に対して駆逐艦野分が救援に派遣された。藤波の発した無電によると鳥海はサンベルナルジノ海峡への退却を始めるも21時40分頃に航行不能となり、藤波が生存者を救助の後雷撃処分、藤波はコロン湾に向かったとある。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
筑摩の方は野分が到着した時点で沈没していたとも言われている。野分は生存者の救助後、退却する第一遊撃部隊を追尾するが、機動部隊本隊の攻撃から反転南下してきたハルゼー直卒の高速戦艦部隊に25日の深夜に捕捉される。野分は軽巡ヴィンセンス、ビロクシ、マイアミ、駆逐艦オーエン、ミラーによるレーダー射撃を受け大破、最後は駆逐艦の魚雷を受けて沈没した。艦長以下272名全員が戦死した。筑摩乗員も野分に乗艦していた120-130名は全員戦死し、野分に救助されずに漂流しアメリカ軍に救助された1名のみ生還した。
10時00分、集結しだした残存艦艇からの報告を纏めた第一遊撃部隊は戦果報告として「1YB機密第251000」を打電した。その後11時には戦果判断の訂正を行っている。この報告を受けた大本営や連合艦隊司令部では水上艦隊単独での敵高速空母部隊の一群撃破に大いに喜んだ。豊田連合艦隊司令長官は全軍に「GF機密第251251」を発して健闘を賞賛した。大本営も午後に陛下に奏上を行い、その後1715時に連合艦隊へ「奏上せる処第一遊撃部隊が奮戦大いに敵艦隊を撃破せるを深くご満足に思召さる」旨を通達している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
実際のところ第一遊撃部隊が戦ったのは低速の護送空母を中核とした護送空母部隊の一群であり、戦果も護衛空母ガンビア・ベイと駆逐艦ジョンストン、ホーエル 、護衛駆逐艦サミュエル・B・ロバーツ が沈没し、護衛空母ファンショウ・ベイ、カリニン・ベイ、キトカン・ベイ、ホワイト・プレインズが損傷したに留まった。何故このような戦果誤認が起きたのかは日本側は戦争が終わるまでこの戦果を信じていたため検証されることもなかったが、戦後正確な戦果などが判明するにつれ
などの要素により戦果誤認に繋がったと考えられている。
※以後、対空戦闘の回数については戦史叢書の表記（348p）に準じる。
この集結運動の合間にもアメリカ軍機による空襲は継続していた。10時17分、南方より20 - 25機ほどの艦載機が接近するのを榛名が発見、編隊は大和、金剛、榛名と、艦隊から少し離れていた鈴谷に襲い掛かり、大和は1発、長門は4発の至近弾を受けた。金剛はスコールに隠れて雷撃を躱し、鈴谷も数発の至近弾を受けたが被害はなかった。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
1時40分の「ヤソ3ス」での敵発見報告以降、夜間索敵出の敵情報告を受けた福留長官は攻撃隊の準備を進めるとともに、電探で捉えた敵を捕捉すべく索敵機を次々と出撃させていた。7時には第一次攻撃隊として戦爆連合約104機（零戦47機、爆装零戦28機、九九式艦爆24機、彗星5機）が出撃し、敵がいるとされるレガスピー東方海面へ向かった。ところがそれから30分後、第一遊撃部隊よりサマール島南東海域で米空母部隊と遭遇し交戦に入ったという連絡が届く。既に出撃させた第一次攻撃隊をそれに向かわせるには航続距離が足りなかったので、夜間攻撃に予定していた第二次攻撃隊の一式陸攻、銀河計10機を急きょこれに向かわせることにしたが、部隊指揮官にこの指令が届いたのが翌26日と大幅に遅れたため、結局同部隊は予定通り夜間攻撃に出撃し、敵を発見できずに帰投した。
前述している、福留長官に「ウキ5ソに空母3隻を含む敵部隊あり」という情報が届き、ツゲガラオ基地に帰投していた第三航空戦隊の残余機に攻撃を要請したのはこの頃のことである。だがこれも電報の遅延や整備の遅れなどがあり出撃はなかった。
第一次攻撃隊はレガスピー東方を進撃し、9時頃には予定針路の先端に到達したが敵を発見できず、そこから真西に針路を変えて進撃したが発見できないまま、レガスピー基地に全隊が帰還した。なおその間彗星艦爆2機が失われた。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
第六基地航空部隊がレガスピー東方へ全力出撃している頃、第一遊撃部隊と交戦したタフィ3に攻撃を仕掛けた航空隊がいた。後に「統率の外道」と指揮官である第五基地航空部隊大西瀧治郎中将自らが呼んだ神風特別攻撃隊。通称「特攻隊」と呼ばれる航空機による体当たり攻撃部隊である。これは台湾沖航空戦により稼動機数が僅か零戦30機程度にまで激減した航空戦力で第一遊撃部隊のレイテ湾突入を援護しなければならなかった大西が、苦肉の策として発令したものと言われている。人事及び機材改造など準備に時間がかかることから、作戦の一つとしてもともと軍令部が準備していたことは疑いないが、どのようにして大西中将が特攻戦術導入に至ったのかなどは、彼が終戦直後に何も語らずに自決したことにより未だに謎に包まれている。なお、陸軍は富永恭次中将を司令官とする部隊が「万朶隊」および「富嶽隊」の2隊を特別攻撃隊として出撃させているが、これは海戦後の11月に入ってからのことであり、海戦時は実行部隊は未だ内地で編成中であった。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
特別攻撃隊は20日、「敷島隊」（隊長関行男大尉）・「大和隊」（同久納好孚中尉）・「朝日隊」・「山桜隊」が編成された。21日朝、各地から出撃したが天候不良などで会敵できず、以後24日まで3回出撃しているがどれもが帰還している。その間大和隊は2機の未帰還機が出ている。22日にはマバラカット基地で新たに「菊水隊」・「葉桜隊」・「若桜隊」が編成された。
そして25日、通算4度目の出撃が行われた。6時30分、最初に出撃したのは朝日隊・山桜隊・菊水隊だが、そのうち菊水隊がシアルガ島沖のアメリカ護衛空母群「タフィ1」を発見し攻撃、1機が空母サンティーの飛行甲板左舷前部に命中、火災を発生させた。更にもう1機ずつが空母サンガモン、ペトロフ・ベイに突入するが空母スワニーの対空砲火で撃墜された。しかしそのスワニーに最後の突入があり後部エレベーター付近に命中、菊水隊は2隻の護衛空母に損傷を与えた。これらの攻撃は本来なら「神風特別攻撃隊の最初の戦果」ではあったのだが、戦果確認に手間取り、連合艦隊司令部への報告が遅れたので、以後の敷島隊の攻撃が最初の特攻とされた。なお同日に出撃した朝日隊・山桜隊は敵を発見できず、直掩機2機を失い帰還した。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
7時25分、敷島隊の零戦9機（突入隊：関行男大尉以下5機、直掩隊：西澤広義飛曹長以下4機）が出撃、10時40分、第一遊撃部隊の追撃を脱したタフィ3を発見し、直ちに突入を開始する。最初に旗艦キトカン・ベイが狙われ1機が突入する。これを辛くも回避するが搭載していた爆弾が炸裂し損害を受けた。更に空母ホワイト・プレインズを狙った2機のうち、1機が被弾後目標を替えて空母セント・ローに突入、飛行甲板を貫通して内部で爆発し、航空燃料や弾薬が誘爆、同艦は大火災を発生させ11時15分に沈没した。
同隊はセント・ロー沈没直後、2隊目の特別攻撃隊の攻撃を受ける。9時に出撃した大和隊（同隊は直掩機を含めて全機が未帰還となり、戦果確認ができていない）もしくはこの日に急きょマバラカット基地で編成された彗星艦爆2機による特攻と思われる。この攻撃によりキトカン・ベイに2機が命中（飛行甲板および後部煙突）した。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
この攻撃で護衛空母1隻を撃沈、3隻を撃破した。だが海軍は正規空母の撃沈破と誤認。この後日本軍は終戦までこの戦法を正規の戦術として作戦展開していくこととなる。こうしてタフィ3は護衛空母2隻の沈没に加え戦死者は約1,200人、負傷者800人、飛行機の損失100機などの大損害を受けて撤退し、かわりに第38任務部隊第4群が護衛にあたった。この艦隊も特攻機に攻撃され、29日に空母フランクリンおよび軽空母ベロー・ウッドが損傷して避退した。
13時頃、福留の下に第一遊撃部隊より11時50分発の「0945ヤキ1カの敵を攻撃されたし」の要請文が届く。9時40分発見のウキ5ソの敵情報もあった事から、13時05分、福留は「1305 6FGB攻撃可能全力敵空母攻撃実施」の電令を発し、大西第一航空艦隊司令長官も「全力地点『ヤキ1カ』の敵機動部隊を攻撃せよ」と麾下の部隊に命令した。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
だがヤキ1カの敵もウキ5ソの敵も、早朝に発見した5カ所の敵も、全て誤認もしくは誤報であった。このうちヤキ1カの所在については後述するが、福留長官が手に入れていた「0940地点『ウキ5ソ』に敵空母3隻見ゆ」という情報も発信者の記録も受電の記録はされていない。この他にも第六艦隊では11時37分頃に麾下の潜水艦に宛てて出した「6F機密第251137番電」で触れている「0900地点「ヤンメ55」に敵空母3隻南下中」という情報もある。ヤンメ55は艦船用地点略語であり航空用にするとノキ5ソで、ヤキ1カ、ウキ5ソのおおよそ中間に位置する場所であるが、これも情報源がどこかは記述がない。
こういった発信者の記録の無い敵空母発見の報がほぼ同時刻にマニラや内地で受電され、各隊がそれに則って行動を起こしている。この他にも第61航空戦隊より麾下の彩雲偵察機からの情報として9時から9時6分にかけてヤキ1カやウキ5ソに近い4地点（ノテ4ケ、ノキ4エ、ヤキ3ク、ノツ4エの4カ所。彩雲が帰着後に報告され同戦隊より発信された）で敵を発見したという情報が11時頃に出されており、どの地点にも実際には米艦隊は存在しなかった。これらの情報に基地航空隊は振り回され、第一次攻撃隊は全くの空振りに終わった。
レイテ沖海戦 10月25日（基地航空部隊の戦い）
帰還した第一次攻撃隊は補給の後、第一遊撃部隊からの「ヤキ1カ」点への攻撃のため随時出撃した。まず13時50分よりクラーク基地より第一次攻撃の零戦28機、九九式艦爆2機が出撃、次いで14時50分よりレガスピー基地より第二次攻撃の彗星艦爆4機、15時には第三次攻撃として零戦35機、九九式艦爆23機が天山2機の先導の元出撃した。しかし第一第二次攻撃隊はどれも敵を発見できず帰還する。第三次攻撃隊は16時16分に第一遊撃部隊の上空を通過し同隊の士気を上げるが、敵を発見せぬまま17時にアメリカ戦闘機35機と遭遇し空戦となり、零戦6機と九九式艦爆2機を失い退却、19時30分にレガスピー基地に帰還した。また同攻撃隊の一部は16時40分頃より空襲を受けた第一遊撃部隊を「日本軍機に攻撃を受ける米艦隊」と誤認して羽黒に攻撃をかけている（実際653空戦闘詳報に敵艦隊攻撃戦果不明の記述がある）。
この後も基地航空隊は薄暮・夜間攻撃を企図して攻撃隊（零戦35機、天山9機、一式陸攻13機）を出したが、どれも敵を捕捉できずに帰還した。しかし退避する重巡洋艦熊野が友軍機の誤爆を受けたという情報が入り、第一遊撃部隊側からも二度に渡り誤爆があったという報告が入ったことを受け、20時に福留より「今夜の攻撃を取止めよ。味方撃ち多し」の指令がでる。大西も第一遊撃部隊に誤爆があったとし、味方識別を注意するよう麾下部隊に注意を喚起している。
こうして25日の攻撃はまたしても失敗に終わった。しかし第一航空艦隊の神風特別攻撃は成功を収めた。これにより大西の「第二航空艦隊での特別攻撃の編成要請」にかたくなに首を振らなかった福留も、従来の作戦ではもはや通用しないことを悟らざるを得ず、第51航空戦隊所属の艦爆隊による「第二神風特別攻撃隊」を編成する。同隊は10月27日より随時編成され特攻作戦を開始、こうして神風特別攻撃は継続して実施されていくことになり、以後の沖縄戦などで大々的に行われていくことになる。
レイテ沖海戦 結果とその後
日本軍は、作戦目的である輸送船団の撃滅およびアメリカのフィリピン奪還阻止を達成できなかった。アメリカ軍に一矢報いようとする日本軍の最後の試みは水泡に帰した。アメリカ軍はレイテ島に足場を築くことに成功し、フィリピン奪回を進めた。日本軍はアメリカ軍に一応の損害を与えることはできたものの、与えた損害をはるかに上回る損害を被った。しかし当時の日本軍は状況把握ができず、10月27日に大本営海軍部は敵艦隊を撃破したと発表した。この誇大戦果は、先の台湾沖航空戦の誇大戦果と合わせてますます日本軍の状況判断を誤らせることになったが、終戦まで日本軍はそのことにほとんど気付いていなかった。
日本軍は空母4隻、戦艦3隻、重巡洋艦6隻他多数の艦艇を失った。残存艦艇は、燃料の無い本土と燃料はあっても本格的な修理改装ができない南方とに分断され、組織的攻撃能力を失った。さらに本海戦後マニラ湾に集まっていた艦艇のうち、10月29日の空襲で重巡洋艦那智が大破、11月5日に再度空襲を受け沈没した。同じくマニラにいた重巡洋艦熊野、青葉は29日の空襲後本土に撤退するが熊野は米軍機の空襲にさらされ沈没、青葉のみが無事帰還した。また、ブルネイに避退した部隊でも、戦艦金剛が本土への帰航中にアメリカ潜水艦シーライオンの雷撃で撃沈されている。
レイテ沖海戦 結果とその後
実際の戦果とは裏腹に、日本軍はアメリカ軍に一定の戦果をあげたと考えていた。10月26日午前の軍令部での戦況報告会で、海軍は連合艦隊は大打撃を受け、第一遊撃部隊のレイテ湾突入による敵攻略部隊撃滅は達成できなかったが、敵の機動部隊に大打撃を与えたことが明確となったと報告し、続く作戦担当部の部内会議ではアメリカ高速空母部隊の残存空母数を正規、巡洋艦改装空母を合わせても6隻程度と判断している。10月27日、軍令部は本海戦における戦果並びに被害を大本営発表として示し、併せて本海戦をフィリピン沖海戦と呼称することを発表した。発表された戦果は撃沈が空母8隻、巡洋艦3隻、駆逐艦2隻、輸送船4隻以上。撃破が空母7隻、戦艦1隻、巡洋艦2隻。撃墜が約500機であるが、これは軍令部第一部が各部隊の報告を集計した総合戦果とほとんど一致しており、当時の海軍部内の認識は作戦は失敗したという認識よりも、敵に大打撃を与えたと認識していたことが判る。統合戦果のうち、第一遊撃部隊は自艦隊だけでも撃沈・空母4隻（内大型正規空母1隻）、重（甲）巡洋艦1隻、軽（乙）巡洋艦1隻、駆逐艦4隻。撃破・空母2隻、巡洋艦または大型駆逐艦2隻ないし3隻の戦果をあげたと判断していた。
レイテ沖海戦 結果とその後
こうしたことから、戦後になって実情が判明するまで栗田と小沢の本作戦における海軍内での評価は現在と大きく異なり、栗田への評価は高かったと言われている。ただ、連合艦隊の情報部門はアメリカ海軍の無線傍受から第一遊撃部隊が攻撃したのはアメリカ第七艦隊の護衛空母群であることに気付いていたが、戦果を訂正するまでには至らなかった。10月27日には及川軍令部総長と米内光政海軍大臣が、連合艦隊司令長官の豊田大将に対してそれぞれ大戦果を挙げたことを祝し激励の電文を送っている。
軍令部ではこのような戦況判断を基に、事後の捷一号作戦の方針を、
と定めた。これは打撃を与えた空母機動部隊にとどめをさし制海空権を確保、上陸した部隊は補給路遮断と陸軍兵団の増強で対処するというもので、空母機動部隊への攻撃を重視するととれるものだった。
連合艦隊側は比島中南部の制海空権が敵の手に渡った場合はルソン島での地上決戦は成立しないという考えをもっており、陸軍のレイテ決戦への方針転換に賛同していた。10月27日にフィリピン周辺での一連の海戦を見届けると、10月27日夕刻に「GF機密電第271715番電」にて、
レイテ沖海戦 結果とその後
などを指示した。これを受けて南西方面艦隊では麾下の第二遊撃部隊と第一連合航空部隊（第五第六基地航空部隊の合同部隊で福留長官が指揮官、大西長官が次席指揮官兼参謀長を務める）でレイテ増援の陸軍部隊の海上護衛任務を遂行、海戦に生き残った艦艇で輸送任務に適した中小艦艇をマニラに集結させ多号作戦を実施する。しかし9次にわたるこの輸送作戦でも日本軍は多くの艦艇を喪失し、レイテ島上陸のアメリカ軍の撃退は叶わなかった。
一方で海戦で損害を受けた損傷艦への修理は、継続するレイテ島での戦いに支障になることが懸念されたので、タンカーや海防艦、駆逐艦などの小艦艇の修理が優先され、大艦の修理は後回しにすることが海軍次官だった井上成美中将を中心に決定される。これに対して軍令部などでは次長の伊藤整一などから反対があり、議論の末戦艦などの修理は後回しとするが余力ができれば行うこととされた。また壊滅した空母戦力は、その再建が長期化することなどから、軍令部は第三艦隊を解隊することを決断、これに伴い第一機動艦隊も解隊となり、同じく第一機動艦隊を構成していた第二艦隊は連合艦隊直轄となった。こうして開戦以来日本とその周辺を席巻した「空母機動部隊」は消滅した。
レイテ沖海戦 結果とその後
この海戦での連合艦隊の指導した「航空支援のない水上艦艇による突入作戦」は、制空権が重要となった第二次世界大戦では成功はほぼ不可能というのが常識となっており、小沢や栗田ら開戦以来前線で戦ってきた前線指揮官たちもそのように考えていた。作戦前の9月10日に小沢より「第一遊撃部隊に航空協力をする航空戦隊1個を配属すべき」と意見具申がなされているのもそれが理由である。
しかし連合艦隊は当初の作戦内容では基地航空隊と機動部隊による航空支援を盛り込んではいたが、台湾沖航空戦の誤報戦果に踊らされて捷号作戦用に用意されたそれら航空戦力を磨り潰してしまい、続けてアメリカ軍がレイテに侵攻すると後手後手に回り、結局航空支援のない突入を前線部隊に強要した。このことは連合艦隊と前線部隊、特に第二艦隊との間にしこりを残した。
水上艦船が航空機に対抗することの至難さを改めて痛感した前線部隊各指揮官は、各々戦闘詳報で、
と報告した。
だがこういった現場の意見に対し、連合艦隊の反応は冷淡だった。当時軍令部第一課長だった山本親雄大佐の回想手記によると、第一遊撃部隊が内地に帰還し軍令部に出頭した際、第二艦隊参謀山本祐二大佐より、航空支援の無い状況で水上艦艇を突入させることが如何に無謀で実施困難であるかが改めて報告され