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レイテ沖海戦 10月17日から22日まで
馬公入港後、三亜から移動してほぼ同時に入港した良栄丸より給油を受けた。しかし第二遊撃部隊をどう使用するかについてなかなか決定をみず、その間に第二航空艦隊から駆逐艦3隻の高雄への派遣要請を受け、第21駆逐隊（初春・若葉・初霜）を割くことになる。結局第二遊撃部隊がレイテ湾に突入することが決まったのは21日午後となった。南西方面部隊から23日までにマニラ進出を命じられた志摩中将は16時に馬公を出港するが、この時点で第二遊撃部隊は第一遊撃部隊の行動予定の詳細は知らされていなかった。21日夜半にようやく通報を受けるがマニラによっていたら時間の余裕があまり無いことが判明し、行き先を油槽船日榮丸がいるはずのコロン湾に変更する。22日朝、連絡書を載せた水偵をキャビテに向け発進させた。連絡書の中には栗田艦隊へ向けた行動予定書も含まれていたのだが連絡は叶わなかった。同隊は23日18時にコロン湾に入るが期待の油槽船の姿は無く、やむなく重巡洋艦から駆逐艦に燃料が分配される。
一方で、第一遊撃部隊から第二遊撃部隊への配置換えとなり、23日夜にマニラ湾に入っていた第十六戦隊はオルモック湾への2個大隊緊急輸送の任を与えられる。マニラ湾への道中、敵潜水艦の雷撃で旗艦青葉が大破したため、旗艦を鬼怒に変更し、24日0640時にマニラを出撃、陸軍部隊の待つガヤンに向かった。
23日12時以降、第二遊撃部隊の編成・軍隊区分は以下の通りとなる。
こうして第二遊撃部隊は燃料にいささかの不安を残しながら、予定通りの24日2時にコロン湾を出撃、西村部隊の後方から進撃を開始した。
航空総攻撃日が決定するまでの間、第5基地航空部隊では19日にアメリカ艦隊がレイテ湾に現れたことを受け、13時30分、クラーク基地を出撃した彗星1、爆装零戦4の攻撃隊がレイテ方面の敵艦隊を攻撃し、陸軍航空隊も反撃を行い護衛空母サンガモン他1隻が損傷している。21日には神風特別攻撃隊が初出撃するも未帰還機1機を出して敵情を得なかった。22日・23日は攻撃作戦は実施しなかった。
GF電令作第363号で基地航空部隊の統一指揮を命じられた三川軍一南西方面部隊指揮官は、21日にNSB電令作第679号を発令、指揮下各部隊に24日をもって敵機動部隊、次いで敵攻略部隊への攻撃撃滅を下令した。各部隊は24日の航空総攻撃に向け、台湾沖航空戦で散り散りとなった航空隊の集結や、損耗した部隊の補充を開始する。
第5基地航空部隊では20日、寺岡第一航空艦隊司令長官が転出となり、後任の大西瀧治郎中将がこの日着任した。この時点で第5基地航空部隊は大きく損耗しており、実働兵力は40機（戦闘機24機、攻撃機15機、偵察機1機）に過ぎなかった。大西は差し迫るY日の航空総攻撃で、一時的にでも敵空母の活動を封じるため、体当たり攻撃しかないと判断、関行男大尉を長とする24名からなる「特別攻撃隊」を編成した(詳細は後述)
一方台湾にあった第6基地航空部隊は、直前の台湾沖航空戦で損耗したT攻撃部隊は連合艦隊より17日付で第6基地航空部隊から連合艦隊直率となり編成から除かれてしまう。それでも19日の時点で393機（戦闘機303機、攻撃機85機、偵察機7機）が台湾にあり、適時比島に進出していった。指揮官の福留繁第二航空艦隊司令長官は22日夕刻マニラに進出、23日までに384機（下記参照）が展開を終えていた。
陸軍側では第4航空軍が指揮下の第2飛行師団に迎撃準備をするよう命じたが、指揮系統の混乱で準備に数日を要してしまい、わずか50機での迎撃に留まった。だが20日の攻撃で軽巡洋艦ホノルルを雷撃して大破(戦死約60名)させ、続く21日には第5巡洋隊旗艦オーストラリアを攻撃、被弾した1機がそのまま体当りを行い艦橋に命中、艦長と副官を含む30名が戦死し指揮官のジョン・A・コリンズ司令官も負傷する。両艦は駆逐艦リチャード・P・リアリー、ワラムンガと共に21日午後にはパラオ諸島に向けて撤退している。
上記のように捷号作戦計画の基本は1944年の7月から8月に立てられた。その中で小沢中将などの意向により機動部隊は艦隊戦における中核兵力という位置づけが維持され、侵攻が12月まで延期されればリンガに派遣した遊撃部隊も本土に戻し合同して大規模な迎撃作戦を発動したい意向があった。しかし、計画策定後に前線で立て続けに敗北を重ね基地航空部隊、特に第一航空艦隊が壊滅的打撃をうけ、小沢機動部隊も台湾沖航空戦に投入し消耗してしまった。
その結果、第一遊撃部隊と策応する航空戦力はほぼ枯渇し、予定した戦力と実際の戦力に大きなずれが生じた。さらに台湾沖航空戦の直後からアメリカ軍のレイテ侵攻が始まったため、日本側は作戦計画を根本的に修正する余裕がなくなり、小沢中将などから指摘され改善を求められていた「敵が制空権を得ている中で水上部隊が敵攻略部隊に対して航空支援なしに突入しても勝算はない」という問題は、何の対応策も行わないまま実施することとなった。
消耗した小沢機動部隊では、第四航空戦隊が航空母艦隼鷹・龍鳳が搭載機が確保できずに出撃が見送られ、航空戦艦日向、伊勢のみの出撃となった。第一航空戦隊を編成していた雲龍・天城は竣工して間がなく、訓練未了を理由にこれも出撃は見送られた。これらの戦備が完全に整っていればマリアナ沖海戦並の艦隊航空兵力によって牽制を行えたことになるが、実際には燃料の不足などによる搭乗員大量養成訓練の遅延、アメリカ軍の急激な反攻などにより台湾沖航空戦以前にも行われていた（あるいは行わざるを得なかった）ずさんで刹那的な兵力投入での損耗などで、既に想定よりも大きく戦力は低下しており、台湾沖航空戦でとどめを刺された形となった。
そして稼動機の激減が、基地航空部隊側に航空機の体当たり攻撃、即ち特別攻撃隊の編成を決断する決定打となった。※特別攻撃隊に関しては後述
レイテ沖海戦 10月23日
10月22日8時、第一遊撃部隊主力（通称：栗田艦隊）はブルネイを出撃、期日に余裕が無いため危険が予想されたパラワン水道を通過するコースを取る。少し遅れて支隊（通称：西村部隊）が15時30分にブルネイを出撃、スリガオ海峡を通過するコースを取る。7時47分、ニミッツはハルゼーに対し日本の機動部隊が20日に日本を出航したことを連絡する。深夜、潜水艦シードラゴンが空母を攻撃し損害を与えたと報告する。同じく潜水艦シャークが7隻からなる敵艦隊発見をハルゼーに報告。潜水艦アイスフィッシュも前日9時30分に重巡洋艦2隻、駆逐艦3隻発見と報告する。だがこれは10月20日にマニラを出航し、高雄市に向かっていた輸送船団だった。
出撃した第一遊撃部隊主力は18ノットに増速し対潜哨戒を厳にした。14時31分に能代、15時35分に高雄、17時35分に愛宕がそれぞれ潜水艦発見を報じたが流木の誤認だった。17時52分には対潜哨戒中の九六式陸上攻撃機から敵潜水艦発見の報を受けている。
10月23日0時、パラワン水道の入り口に達する。この直前に大和田通信隊より敵潜水艦の緊急通信を探知した旨の報告があり、司令部は全艦に通報、対潜警戒を一層厳重にする。1時16分、ちょうど会合中であった潜水艦ダーターとデイスが第一遊撃部隊主力をレーダーで発見、これを司令部に報告すると2隻は接近を開始する。
レイテ沖海戦 10月23日
6時32分、ダーターは愛宕に対し艦首発射管の魚雷6本、急旋回して艦尾発射管の魚雷4本を高雄を、それぞれ目標にして発射した。この時愛宕は総員配置につきながら早朝訓練を実施していた。乙字運動後の定針直後の6時33分、艦首に1発、中央に2発、後部に1発の魚雷計4本が相次いで命中する。ダーターの攻撃ポイントが愛宕に非常に近く愛宕乗員は誰一人として潜望鏡も雷跡も発見報告できなかった。艦長の荒木伝大佐は直ちに左舷注水区画などへの注水を命じるが傾斜を止めることはできず機関も停止、栗田は旗艦変更を決断する。駆逐艦岸波、朝霜が救援に駆けつけるが愛宕の傾斜は23度を超えており横付けは不可能だった。傾斜はなおも止まらず54度に達したので荒木は艦の復旧は不可能と判断し総員退艦を指示、栗田ら司令部要員も海に飛び込み泳いで岸波に移乗するが、この際小柳参謀長が右上腿部を負傷した。6時53分に愛宕は沈没、機関長以下360名が戦死。艦長以下492名が朝霜に、221名が岸波に救助された。
レイテ沖海戦 10月23日
愛宕被雷後、後続していた高雄は直ちに取舵を行い愛宕に命中しなかった魚雷2本をかわすことに成功する。だが6時34分、ダーターの第二射のうち2本が艦橋下右舷と後部右舷に命中した。主機械が停止し航行不能となったが火災は発生せず、左舷に注水が行われ傾斜も復元した。浸水は罐室などにも及ぶが食い止めることに成功するが舵などが故障してしまい行動不能となってしまう。その間、駆逐艦長波が近づき周囲を警戒した（後に朝霜も合流する）。この被雷により高雄では33名が戦死し31名が負傷した。
愛宕と高雄の被雷を確認した次席指揮官の宇垣纏第一戦隊司令官は直ちに全艦に一斉回頭による回避を命じた。その後過度の避退も危険と判断し、6時51分に基準針路に戻り乙字運動を再開する。その直後の6時57分、今度は重巡洋艦摩耶に潜水艦デイスの放った魚雷4本が命中する。
レイテ沖海戦 10月23日
摩耶では被雷前に水測員が右舷後方に怪しい音源があるという報告を受け、右舷側に警戒の目がいっていた。ところが左舷側より接近する魚雷を発見。艦長の大江賢治大佐は面舵を指示するが航海長の独断で取舵一杯が行われる。しかし転舵の効果が出る前に魚雷が次々と命中した。艦はたちまち左舷に傾斜し副長が防水を下令したが手を尽くすまもなく被雷から8分後の7時5分に沈没した（沈没は7時8分ともいわれる）。艦長以下336名が戦死。短時間での沈没であったが副長以下769名もの乗員がかけつけた駆逐艦秋霜に救助されている。
摩耶被雷を受けた頃、後続する第二部隊がこの海域にさしかかる。栗田らを収容し将旗を掲げた駆逐艦岸波から、7時頃に大和に通信の代行と、第四戦隊で唯一健在の鳥海の第五戦隊への編入が命じられる。続いて8時30分に旗艦を戦艦大和に移すことが指示されるが、敵潜水艦発見の誤報が各艦から相次ぎ、移乗するのは16時23分となった。
旗艦移乗後、艦隊はレイテ湾に向かって進撃を再開する。大和戦闘艦橋には右側に栗田を中心とする艦隊司令部が、左側に宇垣の第一戦隊司令部が陣取り、森下信衛艦長など大和幹部は別の場所に分散移動するなど、異様な空気が漂ったという。
レイテ沖海戦 10月23日
愛宕、摩耶の生存者のうち、岸波が救助した栗田ら司令部要員含む221名は大和に、秋霜に救助された摩耶生存者全員は武蔵にそれぞれ収容されたが、朝霜に収容された艦長以下492名は21時40分、自力航行可能となった高雄を朝霜・長波、駆けつけた南西方面艦隊所属の水雷艇鵯が護衛してブルネイに向け避退したた際に共に退避することになった。この際朝霜に大部分が収容されていた艦隊司令部の通信要員も退避して大和に合流できなかったため、以後の第一遊撃部隊司令部の通信能力に重大な影響を与えることになった。
一方、第四戦隊を壊滅させる戦果を挙げたダーターは退避する高雄を追跡中に座礁してしまい、自沈処分となる。ダーターの乗組員はデイスに移乗し、デイスはオーストラリアへと撤退した。
序盤に敵潜水艦の奇襲を受け重巡洋艦3隻を失い、出鼻をくじかれた日本側であったが、連合艦隊司令部は17時10分に参謀長名で参加部隊に情況判断と以後の方策を指示。作戦の継続を指示するとともに、
の3点を重視するように指示を出している。
この日も機動部隊本隊は対潜警戒、対空警戒を厳にしつつ、米機動部隊捕捉と24日黎明に予定している米機動部隊への攻撃のための予定地点に向けて進撃していた。
レイテ沖海戦 10月23日
この日の索敵は瑞鶴から8機(天山艦攻6機、彗星艦爆2機)が出動すも1機発動機不調で引き返したので、瑞鳳の1機が代わりに発進している。また天山艦攻1機が対潜警戒機として、零戦3機が上空直掩機として出動している。
11時30分、伊号第四十一潜水艦より北上中の艦上機2機発見の報が届き、小沢は敵機動部隊の位置を南方約400浬と推察し進撃を続けるも、この日は懸念された空襲はなく、一方で14時には第一遊撃部隊よりパラワン水道での悲報を入電した。
これらの情報から、小沢は夕刻に24日の作戦要領として「情況判断並びに24日作戦指導要領に関する決心」を麾下部隊に指令、作戦通り敵を発見次第航空攻撃を仕掛けると共にこれを北方に誘致する事を周知した
第二遊撃部隊との合流を目指してブルネイからマニラに移動中の第十六戦隊は22日午前4時頃、旗艦青葉が潜水艦ブリーム の魚雷攻撃を受け航行不能となる。鬼怒は青葉を曳航し、駆逐艦浦波と共に退避、22時45分にマニラ湾に到着した。その後旗艦を鬼怒に変更する。だが第二遊撃部隊はマニラに寄港せず、直接コロン湾に向かったため、第十六戦隊は合流を諦めレイテへの陸兵輸送の護衛につくことになる。
レイテ沖海戦 10月23日
10月24日午前2時、西村部隊所属の重巡洋艦最上から水上偵察機が索敵のため夜間発艦。6時50分にレイテ湾上空に到達し偵察に成功。湾内の敵戦力についてブーラン基地を経由して打電後、西村部隊上空に戻り報告球を投下しサンホセ基地に向かった。本海戦を通じレイテ湾内の状況の偵察に成功したのはこの最上搭載機だけだった。この報告は全艦隊に送信され日本軍にとっての貴重な情報になった。
その頃、第十六戦隊は輸送船団（第六・九・十・一〇一・一〇二輸送艦）を引き連れて、午前7時頃にカガヤンの陸軍兵をレイテに移送すべく出撃した。ミンダナオ島へ向かうが、直後にアメリカ軍機約100機の空襲を受けた。しかし損害はなく予定通りミンダナオ島に向かった。
同時期の陸軍航空隊による迎撃について
2日後に迫ったX日の必成を期すため、第六基地航空部隊はこの日より航空総攻撃を実施しようとしたが、肝心の米機動部隊の動静が20日以来天候不良のため索敵が成果を挙げず全く不明であった。それでも攻撃隊は戦闘機約100機、99式艦爆38機、天山艦攻6機の計約150機からなる集団攻撃隊と、単独での索敵襲撃を企図した彗星5機からなる索敵攻撃隊の2隊に分かれ、6時53分より各基地より出撃する。
依然洋上の天候は不良であったが航空隊は上空で敵機動部隊発見の報を待つがその報告はなく、集団攻撃隊は攻撃を断念して帰投する。一方の索敵攻撃隊は2機が故障のため引き返しもう1機はそのまま未帰還となるが、1機がレイテ湾の上陸部隊を偵察し帰還した。それによると湾内に認められた敵艦船は戦艦又は巡洋艦4隻、大小油槽船13隻であった。
トーマス・C・キンケイド中将はブリームからの報告を受け、当初は大規模な東京急行の前兆と誤断していた。ハルゼーは日本軍が第一次ソロモン海戦の再現を狙っていると見抜き、第38任務部隊第3群（シャーマン隊）をルソン島東方140km、第2群（ボーガン隊）をサンベルナルジノ海峡、第4群（デヴィソン隊）をスリガオ海峡に配置した。第1群（マケイン隊）は補給のためにウルシーへ向かった。
レイテ沖海戦 10月24日
24日になり、基地航空隊の黎明索敵により、6時頃より相次いで米機動部隊発見の報告が入る。
7時6分頃、栗田長官は麾下の艦艇に信号で空母を含む敵部隊がサンベルナルジノ海峡付近に発見したことを通達、サンベルナルジノ海峡東方海域の敵機動部隊の索敵のため急遽7機の索敵機を出す。そのうち1番索敵線を飛んでいた榛名の偵察機が9時40分と12時10分に敵艦隊（第2群の一部）を発見し報告、矢矧の偵察機も11時に敵艦隊を発見（第1群）している。
シブヤン海に差し掛かった栗田艦隊は24日8時10分、大和の見張り員が敵偵察機を発見。敵に見つかったことを知る。この機は第38任務部隊索敵隊（カボット、イントレピッド）の機で、同乗のモート・エスリック中佐は8時20分、「戦艦4隻・重巡洋艦8隻・駆逐艦13隻」と報告する。この時第38任務部隊は第2群がサンベルナルジノ海峡付近に、第3群がルソン島の東に、第4群がレイテ島付近にいた。ハルゼーは第2・3・4群の3個群を以って栗田艦隊に対し攻撃を開始することを決める。
栗田艦隊側は敵の通信を妨害するため武蔵が電波妨害を実施、アメリカ軍機もこれに対応して使用電波を変更するなどして対抗する。
10時8分、能代の電探がアメリカ攻撃隊を探知。その後も他艦艇の電探が相次いでアメリカ攻撃隊を探知する。栗田は直ちに24ノットへの増速を指示する。
レイテ沖海戦 10月24日
10時17分、第七戦隊では第三偵察隊の残余機を空襲による被害から防ぐために全機発艦させる。熊野機1機、利根・筑摩各2機の計5機は米軍の空襲が始まる10時24分に出発し、他の偵察機が退避しているサンホセ基地に向かった。これで栗田艦隊が各艦で搭載している偵察機は、大和に搭載している3機のみとなる。
10時26分、第2群の空母イントレピッド、カボットから出撃した第1次攻撃隊45機（戦闘機21、爆撃機12、雷撃機12）が攻撃を開始する。栗田艦隊も大和が発砲し、各艦続いて砲火を開いた。アメリカ軍機は猛烈な砲火をものともせず第一部隊の大和・武蔵・長門・妙高を攻撃した。
武蔵は10時29分頃に急降下爆撃を受け、推定60キロの爆弾が一番砲塔天蓋に命中した。しかし爆弾は跳ね返され、空中で爆発した。他にも前部艦首付近と中央両舷に各1発が至近弾となり、漏水を発生させた。続いて魚雷3本が接近し、1本が命中した。浸水自体は大したものではなく速力も落ちなかったが、この際の衝撃で主砲の前部方位盤が故障し旋回不能となり、砲撃に支障をきたすことになる。
レイテ沖海戦 10月24日
10時29分、妙高に対して3機が雷撃を実施、2本は回避したが1本が右舷後部に命中。後部発電機室、右舷機械室などが満水となり6分後には傾斜が12.5度となり速力も徐々に低下。10時40分には速度18ノットまで低下し、乗艦していた橋本信太郎第五戦隊司令官は11時38分に旗艦を羽黒に変更する。妙高は単独で列を離れ後退を開始し、必死の応急処置で傾斜も6度ほどにまで回復する。栗田は高雄の護衛についていた駆逐艦長波を分離させ、妙高の護衛に向かうよう指示する。
第一次攻撃隊撤退後、栗田艦隊はアメリカ潜水艦を発見し一斉回頭を何度か行ったが、すべて流木の誤認であった。駆逐艦が爆雷攻撃をおこなったことも記録されている。第七戦隊では、シブヤン海にアメリカ潜水艦1隻ないし2隻が存在していると考えていた。
11時56分、武蔵の電探が敵機を探知する。栗田は24ノットへの増速を指示、12時6分にイントレピッドからの第2次攻撃隊33機（戦闘機12・爆撃機12・雷撃機9）が攻撃を開始した。
今回も目標は栗田艦隊の第一部隊であり、その攻撃は大和と武蔵に集中した。アメリカ軍機の攻撃開始と同時に長門が発砲を開始、激烈な対空戦闘が始まった。大和への攻撃は12時7分から15分ほどまで続き、雷撃は全て回避するも至近弾2発を受けた。
レイテ沖海戦 10月24日
武蔵にはアメリカ軍機16機が襲い掛かり、うち7機を撃墜するが雲を利用した艦首尾両方向からの爆撃により2発が命中し5発が至近弾。続いて左舷方向からの雷撃を受け3本が命中した。この攻撃で武蔵の速度は22ノットに低下し左に5度傾斜、第二水圧機室が浸水するも右舷への注水により傾斜は1度まで復原した。2発の直撃弾のうち左舷に命中した1発は中甲板まで貫通し炸裂。その火炎が第2機械室、第10・12罐室に侵入し設備を破壊した。第2機械室では蒸気管が一部破壊され蒸気が噴出、第2機械室は放棄され武蔵は3軸運転を余儀なくされる。以後、武蔵は艦首をやや下げた状態となり速力が低下、艦隊から次第に落伍し始める。
第二次空襲は8分ほどで終わったが、攻撃は武蔵に集中し損害は甚大だった。栗田は12時25分に関係各隊に敵機襲来とその撃退を報告する。13時15分、武蔵艦長猪口敏平少将より今までの武蔵の損害が報告され、主隊と行動するには致命的損傷を受けたことを知る。しかし、武蔵に対する決断を下すよりも早く第三次空襲が開始される。
レイテ沖海戦 10月24日
12時54分、艦隊の先頭を進む駆逐艦島風の電探が敵飛行機と思われる物体を探知する。13時12分に大和見張り員が敵機を発見。3度にわたるアメリカ編隊の襲来に友軍の航空攻撃が奏功していないのではと懸念した栗田は、13時15分に南西方面艦隊司令部と機動部隊本隊に対して督促の意味もこめて「敵艦上機我に雷爆撃を反覆しつつあり、貴隊触接さらに攻撃状況速報を得たし」と電報を打つ。13時19分、第3群の空母レキシントン、エセックス からの攻撃隊83機が攻撃を開始。部隊は二手に分かれて第一第二両部隊に殺到。13時23分、第二部隊第七戦隊が砲撃を開始し、13時31分には第一部隊も砲撃を開始する。
第二部隊への空襲は27分ほど行われ、13時28分に矢矧への急降下爆撃で至近弾が1発。これにより矢矧の艦首が満水となり水測室などが使用不能。速力も22ノットまで低下する。
第一部隊には約20分ほど空襲が行われ大和と武蔵が標的となる。大和には13時40分に急降下爆撃により1発が右舷前部に命中し火災が発生、更に1発が右舷に至近弾となる。しかし、損害は軽微で火災も10分ほどで鎮火された。
なお、武蔵の損害状況はこのあとの第五次対空戦闘での艦橋への命中弾による航海科の壊滅により、この頃より記録が錯綜し他艦の記録と整合しない点が出てくるが、戦史叢書での記録によると武蔵への攻撃は13時50分までの間に2回行われたとある。
レイテ沖海戦 10月24日
1回目の13機は雷爆同時攻撃となる。急降下爆撃により3発至近弾、2発が右舷と艦尾に命中、艦尾のジブクレーンの支柱を破壊した。雷撃は1本が右舷に命中し測距儀室などを破壊した。武蔵側は来襲機13機のうち5機の撃墜を記録している。
続く2回目の攻撃は約20機による攻撃となり、爆弾4発命中、魚雷4本命中と一度の攻撃では最大の被弾を被った。2回にわたる空襲で武蔵は合計9本の魚雷が命中し両舷の注水区画は満水となる。特に前部の浸水は甚だしく、艦首は水面近くまで沈み艦隊から急速に落伍し始めた。
栗田は武蔵の深刻な損害を鑑み、共に進撃することは不可能だと判断した。その間にもアメリカ艦載機の攻撃は続き、第三次空襲から間もない14時15分、第4群の空母フランクリンからの第4次攻撃隊65機が来襲した。
レイテ沖海戦 10月24日
この攻撃隊は落伍した武蔵は狙わず第一部隊の大和と長門を攻撃した。長門には14時16分に米空母フランクリンとカボットからの攻撃機により2発の爆弾を受ける。1発は長門の第一缶室換気口を破壊、25分間の軸停止となり、もう1発は無線室と酒保付近を破壊し52名が死亡、106名が負傷した。14時26分にも数機が襲い掛かり爆弾3発が至近弾となっている。大和に対しては14時30分頃より攻撃が始まり、爆弾1発が前甲板に命中する。フランクリン攻撃隊の報告では武蔵に最低でも爆弾4発、魚雷3本命中と報告している。エンタープライズ攻撃隊は武蔵に爆弾と魚雷を集中、利根に爆弾2発命中、駆逐艦2隻に爆弾命中を主張している。
空襲は14時40分過ぎには終了する。栗田は武蔵のコロン回航を決断し14時50分に指示、護衛に駆逐艦清霜をつける。14時52分、各隊にその旨を打電し敵の空襲がなお熾烈であることを知らせる。また重巡洋艦利根艦長の黛治夫大佐より鈴木義尾中将（第二部隊指揮）宛に第二部隊全隊での武蔵護衛が意見具申される。しかし、逆に利根単独での武蔵護衛が指示され護衛に向かっている。
レイテ沖海戦 10月24日
艦隊は第四次空襲後も速力22ノットを維持していた。しかし空襲終了からわずか15分後、武蔵が接近する敵編隊を探知。14時59分、第2群の攻撃隊30機（戦闘機15・爆撃機12・雷撃機3）が来襲する。この攻撃は武蔵に集中したが他の艦艇にも一部攻撃が行われ損害が出ている。長門は15時20分に25機の急降下爆撃を受け2発が命中、3発が至近弾となる。このため3軸運転となり速力は21ノットにまで低下する。駆逐艦藤波は、15時15分頃に前部砲塔右舷に損害を受けたことが羽黒の戦闘詳報に記載されている。また駆逐艦浜風も至近弾1発を受けて速力が28ノットに低下している。武蔵を護衛する利根は15時17分に至近弾2発、続いて直撃弾2発を受け、清霜も15時15分頃に至近弾5発、命中弾1発を受けるが命中弾は小型爆弾だったため致命的損傷とはならなかった。
レイテ沖海戦 10月24日
武蔵は艦隊から孤立していたこともあって最も激しい攻撃を受けた。敵機の大半である75機近くが武蔵を攻撃し、武蔵も16機撃墜（うち不確実10機）を報告している。損害は命中弾10発・至近弾6発・魚雷命中11本を数えるが、命中弾の最初の1発は防空指揮所右舷に命中し下の第一艦橋で炸裂、指揮所右舷を吹き飛ばし第一艦橋と作戦室を大破、火災を発生させた。指揮所にいた高射長、測的長が戦死。猪口艦長は右肩に重傷を負うが、辛くも一命を取り留めていた。第一艦橋では航海長、作戦室でも昨日救助された摩耶副長が戦死。下士官兵も含めると78名が死傷して一時防空指揮と操艦が不能になってしまう。防空指揮所および第一艦橋は使用不可能となり、猪口艦長は副長のいる第二艦橋へ移動、同所で指揮を執る。死亡した航海長の代理として通信長が任命されている。
第五次空襲で武蔵は各部に深刻な損傷を受け、第4機械室は浸水し使用不能、2軸運転となり速力は6ノットに低下する。傾斜は左舷に6度まで回復するが前への傾斜は増大し前部喫水線の8m付近まで傾斜した。
レイテ沖海戦 10月24日
5度にわたる空襲で武蔵が大損害を被り、他の艦艇にも損害が続出したことで、栗田艦隊司令部では基地航空隊や機動部隊本隊の支援攻撃はどうなっているのか問題となった。両隊からの状況報告はなかなか届かず、第一報は12時41分に受電した機動部隊本隊発「1KdF機密241138番電」の敵機動部隊に向けての攻撃隊発進の報だったが、その後の戦果報告はなく、16時3分になって「1KdF機密241439番電」を受けただけだった。
基地航空隊からは15時30分受電で「クラーク基地機密241145番電」、16時40分受電で福留長官宛て発信者記録なしの「241207番電」、そして16時52分に受電した「六FGB機密241548番電」の3通が届いており、これらの情報から航空部隊の攻撃はまだ功を奏するには至っていないと判断せざるを得なかった。
そこで栗田は一時的に反転して激化する敵の空襲をかわし、味方航空隊の更なる攻撃を待つことを決断。15時30分、艦隊に対して一斉回頭を下令。16時には連合艦隊司令長官宛てに「1YB機密第241600番電」を打電し、暗に連合艦隊司令部に作戦内容の変更を具申する。反転した栗田艦隊は左に傾斜して停止する武蔵に接近。武蔵の状況を直接確認した宇垣は栗田に護衛駆逐艦の増派を要請、栗田もこれを受け駆逐艦島風を新たに護衛につける。
レイテ沖海戦 10月24日
栗田の意図に反し、ハルゼー機動部隊からの空襲は反転後から止まってしまう。ハルゼーは小沢艦隊の前衛を発見しこれを攻撃するために北上を開始。16時20分、栗田艦隊に張り付けていた偵察機も帰還させた。16時55分以後、友軍機らしき機影は大和をはじめ複数の艦艇が探知しているが敵機は一向に来る気配を見せなかった。その後連合艦隊からの返電がないまま、17時14分（17時45分とする文献もあり）、栗田中将の意思により栗田艦隊は再反転しレイテ湾への進撃を再開する。
レイテ沖海戦 10月24日
連合艦隊司令部では次々と入電する栗田艦隊からの情報により被害が続出していることを知り悲壮感に打たれ憂色を覆うべくもなかった。機動部隊本隊や基地航空隊からもこれといった成果報告もなく、憂色を増していた。そうした状況下で苦戦する参加各部隊に連合艦隊司令長官の意思が不動のものであることを明確に表明しておく必要があると判断し、18時13分にGF機密第241813番電、いわゆる「天佑を信じ全軍突撃せよ」の電令を発した。一方栗田の一時反転電は遅達して着電は18時55分前後となった。このため連合艦隊内では「この電報が241813番電が打たれる前の電文なのか？」「241813番電に対する返電なのか？」について混乱が起こった。対して栗田艦隊の方では突入を再開して1時間半も経過した18時55分に「全軍突撃せよ」の電を受電し、これを1YB機密第241600番電の返電と解釈したが、栗田艦隊に有益な敵情報告など一切含まない闇雲な突入命令と捉えられ、艦隊側はその処置に困惑した。
レイテ沖海戦 10月24日
栗田の一時反転報告と意見具申に対して、連合艦隊の一部参謀にも作戦を一時中止したほうが良いという意見がでた。しかし高田利種参謀副長の強硬論に豊田も同意し現計画通り作戦を継続することが再確認され、19時55分に「GF機密電第241955電」を、更に参謀長名義で別電「GF機密電第241600電」をだし、突入の継続を通知した。栗田艦隊は241955電は受電しているが参謀長名義の別電はどの記録にも記録されておらず、説明が伝わっていたのかは不明である。だが、結局栗田艦隊は既に再反転して突入を再開しており、連合艦隊司令部も栗田艦隊が反転否認を意味する電文により進撃を再開したと考えたため、特にこれ以上の混乱を生むことはなかった。
栗田艦隊が再進撃開始をすぐには報告しなかったことも、連合艦隊司令部との意思疎通に一時的な混乱を生んだ理由のひとつだが、これは敵の無線傍受を警戒したための措置であった。栗田艦隊が明確に再進撃を開始したことを他隊が判断できる電報を打つのは19時39分、出撃後サンホセ基地に帰還していた水上機の指揮官へ宛てた「1YB機密241939番電」が最初である。また小沢艦隊所属の第四航空戦隊司令官松田千秋少将は戦後「（作戦後中城湾に帰着した際）小沢長官は栗田が再反転した事を知らなかったと述べていた」と証言しており、小沢中将にこの情報が届いていなかった可能性もある。
レイテ沖海戦 10月24日
栗田艦隊が再反転してレイテ湾に向かった頃、停止する武蔵では乗員の必死の応急処置も空しく浸水を止めることができず、傾斜も徐々に増大していた。18時20分、栗田中将は損傷した駆逐艦浜風と武蔵護衛についている無傷の島風を交代するように指示。この時点で島風には武蔵に乗艦していた摩耶の生存者を移乗させており、それらを乗せたまま島風は戦列に復帰する。それを見た重巡利根も第二部隊指揮官と第七戦隊司令宛に戦列復帰の懇請が届く。二者は特に返事をしなかったのだが、聞いていた栗田は許可するよう指示し第七戦隊へ利根の戦列復帰を命じる。
レイテ沖海戦 10月24日
19時15分、傾斜が12度を超え、もはや沈没必至と判断した猪口艦長は副長に総員退去用意を指示。遺言をしたためた手帳とシャープペンシルを手渡し第二艦橋に残った。副長は後甲板に乗員を集結させ別れの挨拶をし、軍艦旗を降ろす。この頃には傾斜が30度にも達し19時30分に総員退艦、清霜が武蔵に横付けしようと接近を試みるが果たせぬまま、19時35分に武蔵は沈没した。猪口艦長以下1,023名他が戦死し、清霜は約500名、浜風は約830名を救助する。20時10分に2隻は武蔵沈没と乗員救助中の旨を打電、これにより武蔵の沈没を知った栗田は21時38分に乗員救助後にコロンに向かうよう指示。しかし、その電報が2隻に届くのは翌7時35分となり、救助後の行動について指示を得ていなかった2隻は結局独断でコロンに向かった。
レイテ沖海戦 10月24日
基地航空部隊の攻撃は、23日は悪天候で敵を発見できず、「X日の2日前に敵空母部隊を攻撃する」という当初の予定は初日から失敗に終わった。福留繁第六基地航空部隊指揮官は、総攻撃予定日であるY日（10月24日）に期待を寄せ、23日夜よりマニラ東方の海域に3機の夜間偵察機を偵察に向かわせた。そのうちの1機（香田四郎飛曹長指揮の九七式飛行艇）が0時50分、電探で「レラ二シ」に大部隊を探知したと報告して消息を絶った。同機が発見したのはシャーマン少将の第3群で、空母イントレピットの記録には2時27分に夜間戦闘機が日本機を撃墜したと記録されている。
この報告を受け、夜間戦闘機月光および陸上爆撃機銀河からなる2段索敵隊が発進、同時に653空の天山8機と水上爆撃機瑞雲を黎明前攻撃に出撃させる。さらに6時30分から主力である第一攻撃集団（零戦105機・爆装零戦6機・紫電21機・九九艦爆38機）と単機奇襲攻撃任務を帯びた彗星12機を出撃させた。
索敵隊は6時以降、相次いで敵艦隊の発見を報じた。8時35分には最初の空母発見の報告があり、9時にはもう1つの空母部隊発見の報が届いた。これらはすべてシャーマン少将の第3群であった。
レイテ沖海戦 10月24日
その頃、進撃中の第一攻撃集団にアメリカ軍の戦闘機群が襲いかかっていた。小林實少佐率いる制空隊（零戦26機）と、鴛淵孝大尉指揮の掩護隊（零戦51機）に敵戦闘機各50機が攻撃を仕掛け空中戦となり、制空隊は7機撃墜を報じたが小林少佐以下11機が未帰還。掩護隊も11機撃墜を報じたが4機を失った。攻撃の主力である江間保少佐指揮の九九艦爆隊も約100機の敵機と遭遇、進撃を阻まれた。
レイテ沖海戦 10月24日
不調に終わった第一攻撃集団にかわって一矢報いたのが彗星12機からなる奇襲攻撃部隊であった。同隊は単機毎に発進し、その一部がシャーマン隊の上空まで到達。雲の上で旋回し、雲に隠れたりしながら機を窺っていた彗星1機が9時38分、軽空母プリンストンに対して急降下爆撃を仕掛ける。同機は爆弾投下直後に撃墜されるが爆弾は船体中央に命中し、飛行甲板と格納庫を貫通して乗員区画で爆発した。爆発自体による被害は軽微だったが、ちょうど格納庫内で出撃準備中だった雷撃機が誘爆、格納庫内の火災が延焼、魚雷への誘爆による爆発といった想定外の連鎖的破壊が生じた。軽巡洋艦バーミングハムが主導する救援活動により鎮火しつつあったものの、13時30分頃に日本軍の潜水艦等の目撃情報（誤報）があったことから救援活動は一時中断、その間に状況はさらに悪化してしまった。15時23分、魚雷庫に格納されていた大量の爆弾が誘爆し、艦尾を吹き飛ばした。この爆発は隣接中の救援艦をも巻き込み大損害をもたらした。救援活動は約8時間にわたり続けられたが、日本軍の夜間攻撃と任務部隊のさらなる被害が懸念され、ついに放棄せざるを得なくなった。プリンストンは味方艦の雷撃によって処分された。彗星隊は5機が未帰還となった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
1時40分、夜間索敵に出撃していた九七式飛行艇の1機（山之内機）が「ヤソ3ス（マニラの90度290浬）に大型艦4隻含む約20隻の艦隊発見を報告し消息を絶った。2時にはその南方を飛ぶ小林機より「ムエ2イ」及び「モエ1カ」に搭載電探にて敵影を捉えたと報告があり、その後3時20分に「ノエ3ス」、同50分に「ヤイ4ケ」と、相次いで敵を探知したことを報告する。
これらの報告を受け、第六基地航空部隊は米機動部隊は4 - 5個群に分かれてサンベルナルジノ海峡出口沖合に展開して第一遊撃部隊を包囲しようとしていると考えた。発見された5カ所のうち、小林機がほぼ同時に発見した「ムエ2イ」「モエ1カ」及び「ノエ3ス」は、サンベルナルジノ海峡を越えて東進する第一遊撃部隊を北から半包囲するような位置であった。また0350時発見の「ヤイ4ケ」はそれらと比べて遠く北方に位置しており、山之内機が報告した0140時発見「ヤソ3ス」の敵の位置は2時間ほどで「ヤイ4ケ」にたどり着ける位置関係であったので、この2者を別部隊か、包囲に参加するため「ヤソ3ス」から南下して「ヤイ4ケ」まで来ていた同一の部隊なのか、判断が分かれた。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
実際には、山之内機が発見した「ヤソ3ス」の敵以外は米機動部隊は存在していなかった。だが山之内機は発見した敵の針路を報告せぬまま消息を絶ってしまい、その後誤探知情報もあったことから、福留長官らはハルゼー機動部隊はサンベルナルジノ海峡沖合に展開して第一遊撃部隊を包囲するため「南下」していると判断した。
4時44分、福留長官は偵察情報を基に「2AF機密250444番電」を打電、飛行艇索敵による総合情報を関係各部隊に衆知する。だが機動部隊本隊などには朝方等に着電したこの電文は第一遊撃部隊には大きく遅れて1738時の着電となってしまった。以後第一遊撃部隊、機動部隊本隊以外の各日本海軍部隊は、機動部隊本隊からの囮作戦成功の連絡が届いていなかったこともあり、「米機動部隊は第一遊撃部隊を追って南下している」と考えて行動しており、それが後の第一遊撃部隊反転の決断につながることになる。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
第一遊撃部隊主隊がブルネイを出撃した10月22日の15時30分、主隊に遅れて第一遊撃部隊第三部隊（西村部隊）がブルネイを出撃した。第三部隊の任務は24日日没時にミンダナオ海西口に進出し、25日黎明時に主隊と策応してレイテ湾に突入するというものであった。スールー海に入りスリガオ海峡へ向かった艦隊は24日2時、レイテ湾内偵察のため重巡最上の水偵1機を発進させる。同機は6時50分に湾上空に到達、ルソン島南部のブーラン基地を経由して「ブーラン基地機密第241227電」が転電される。同機はその後第三部隊上空に戻り、12時に山城と最上へ報告球を投下したのち、サンホセ基地に避退した。第三部隊はこの後、15時に薄暮偵察のために最上から水偵を出しているが、此方は出撃後一切の連絡をせぬまま消息を絶ったため、この情報は本海戦においてレイテ湾の状況を知らせる唯一のものとなった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
8時55分、小型機が触接しているのを発見、来襲機はその後数を増し20数機に及んだ。来襲機は第38任務部隊第4群の索敵隊で、9時40分頃空母エンタープライズとフランクリン所属機約20機が攻撃を開始する。この攻撃で扶桑は艦尾に命中弾を受け、搭載水偵2機が炎上、時雨も1番砲塔に小型爆弾が直撃、最上は敵機の機銃掃射をそれぞれ受け死傷者を出した。空襲は5分ほどで終わったが引き続き空襲があると考えた西村は9時50分、最上の水偵2機をサンホセ基地に避難させるべく急遽発進させた。しかし予想に反して以後の空襲はなく、艦隊は何事もなく進撃を続けた。第一遊撃部主隊発見の報を受けたハルゼーが機動部隊第4群を北方に移動させ、第三部隊はキンケイドの第7艦隊に対処させることを決定したからである。11時5分、空襲を受けたことを主隊に報告。さらに西村は麾下の艦艇に「皇国ノ興廃ハ本決戦ニ在リ。各員一層奮励皇恩ノ無窮ニ報イ奉ランコトヲ期セ」と信号を送った。
14時、スルー海東端に到達。主隊がアメリカ軍の空襲にさらされていることを知った西村は14時10分、第三部隊が順調に進撃していることを打電（14時47分着電）。この頃はシブヤン海海戦の真っ只中であり、栗田から西村に対して指示応答は特になかった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
最上機の偵察で敵魚雷艇が集結していることを知った西村は、現状報告の打電と同時に最上と第四駆逐隊の満潮・朝雲・山雲に、日没次第先行して敵魚雷艇を掃討するように命令する。19時、命令に従い掃討隊が先行を開始、本隊はボボール島沿いにミンダナオ海を進撃した。
第三部隊は主隊とほぼ同時にレイテ湾に突入する予定であったが、主隊が一時反転したことにより予定より遅れ、同時に突入してアメリカ軍の邀撃戦力を分散するという計画は崩れた。満潮艦長の田中一生少佐は同時突入が困難になったこともあり、西村へ突入中止の意見具申を考えたと戦後の調査の際に供述している。
15時30分、栗田は一時反転を知らせる電文「1YB機密第241600」を関係各部隊に送っている。連合艦隊や機動部隊本隊には着電の記録があるが、第三部隊の重巡洋艦最上、駆逐艦時雨の戦闘詳報には記載がない。
19時0分、連合艦隊司令長官より全軍突撃の電信が第三部隊にも届く。この段階でも連合艦隊や栗田から時間調整の指示は一切なかったため、西村は「帝國海軍のお家芸」とされていた夜戦を企図し、単独でのレイテ湾突入を決断、20時13分付発信の電文にて、25日4時にドラグ沖突入の予定と主隊に通信を送った（主隊には20時20分に着電）。
ブルネイでの作戦説明でも、突入は25日黎明もしくは4時と表現されているので、第三部隊はほぼ予定通りに突入を開始することになる。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
この通信に対し、21時45分「予定通りレイテ泊地に突入後、25日0900スルアン島北東10浬付近において主力と合同」と主隊から返信があり、単独突入を容認したうえで主隊と合流するよう指示しているが第三部隊からの返信はなかった。大和は第五艦隊電文（22時45分受信）として「第二遊撃部隊は0300スリガオ水道南口通過速力26ノットで突入予定」を記録している。25日午前1時、西村部隊は「0130スリガオ海峡南口通過レイテ湾に突入、魚雷艇数隻を見たる外敵情不明」と発信、主隊も午前2時に受信した。
一方、キンケイドは第三部隊の接近を察知し、24日12時15分、指揮下の全艦艇に夜戦準備を命令。14時43分にオルデンドルフ少将指揮の戦艦部隊を迎撃に投入した。オルデンドルフは西村部隊のルート上、レイテ湾南方のスリガオ海峡で待ち伏せを行うことにした。その戦力は、戦艦6隻、重巡洋艦4隻、軽巡洋艦4隻、駆逐艦26隻、魚雷艇39隻と大きなものであった。マッカーサーは軽巡洋艦ナッシュビルで観戦することを望み輸送船への移乗を拒んだが、ナッシュビルごと安全な海域に無理矢理移動させられた。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
第二遊撃部隊（通称志摩艦隊）は第三部隊に後続して進撃していた。艦隊司令官の志摩清英中将は主隊の苦戦の情報は得ていたが、第三部隊が空襲を受けたなどの情報は得ていなかった。そのため第三部隊ともどもスリガオ海峡から突入する部隊はまだ敵に発見されていないと判断していた。
志摩は苦戦する第一遊撃部隊主隊との策応を考えるよりも先行する第三部隊と歩調を合わせる方が良いと判断。17時45分突入予定を繰り上げる旨を発信するが、程なく1YB機密第241600番電を受電し、第一遊撃部隊主隊が反転したことを知る。それでも西村は予定通り動いているようだったこともあり、予定行動は変更しなかった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
一方馬公在泊時に南西方面部隊からの要請を受けて第二遊撃部隊と分離別行動をとっていた第21駆逐隊（若葉・初春・初霜、隊司令：石井汞大佐）は任務を終えると23日にマニラを出港、ミンダナオ島付近での第二遊撃部隊との合流を目指していた。しかし24日早朝に敵編隊約20機に捕捉され、7時55分より空襲を受ける。8時13分、司令駆逐艦若葉が直撃弾1、至近弾1を受け航行不能。8時45分に沈没した。石井司令、艦長の二ノ方兼文少佐以下生存者は救助されるが乗員30名が戦死し74名が負傷した。11時52分にも空襲を受け初霜が1発被弾する。健全な艦が初春1隻しかなくなったことを受け、石井はマニラに回航して修理することを決意し北上、艦隊との合流を断念した。
24日22時36分、索敵行動中のアメリカ魚雷艇PT131が第三部隊を発見、僚艇とともに突入を開始する。22時52分、時雨が突然右艦首方向に魚雷艇を発見。時雨は直ちに星弾を放ち、魚雷艇が2000mまで近づいているのを認めて直ちに砲撃を開始する。山城と扶桑も回避行動を取りつつ砲撃を浴びせこれを追い払うことに成功する。一方最上ら掃討隊は25日0時12分に魚雷艇4隻を発見、双方攻撃を開始するが共に損害はなかった。スコールなどで天候が悪く、視界も良くないことを受けて最上艦長藤間良大佐は反転して本隊に合流することを西村に連絡、反転を開始した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
25日1時30分、第三部隊本隊は掃討隊と合流する。1時48分には速力を20ノットに増速して突入の態勢に入った。この時の態勢に関しては戦史叢書などでは満潮を先頭とする単縦陣としているが、西野艦長は後年のインタビューで3列縦隊だったとも証言している。
それからまもなく、接近する3隻の魚雷艇を満潮が発見し交戦、1隻に深刻な損害を与えて追い払った。第三部隊に損害はなかった。
2時53分、駆逐艦3隻以上が接近してくるのを時雨が発見。3時9分に照射射撃を開始する。これは第54駆逐連隊指揮官カワード大佐が指揮する同隊東方隊3隻で、魚雷発射を終えて退避行動に移っていた頃だった。日本側はアメリカ駆逐艦が魚雷を放ったことに気づかず、退避行動をせずに直進を続けた。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
3時10分、最後尾の最上は接近する魚雷を発見し緊急回避行動をとる。しかしその前を進撃していた扶桑は魚雷に気づかず右舷中央に被雷する。扶桑はたちまち右舷に傾斜し速力も低下、落伍し始める。電源系統を喪失したためか無線も電話も発光信号も送ることができず、扶桑は完全に沈黙した。さらに後続の最上が落伍した扶桑を追い越して山城に続行したのだが、山城側は扶桑の落伍に気づかなかったため、その後は最上を扶桑だと誤認し続けることになる。扶桑はその後大爆発を起こし、船体が2つに折れたまま炎上しながら漂流した。後続していた第二遊撃部隊は炎上する扶桑を見て当初は2隻が炎上していると誤認している。その後の扶桑の最期はアメリカ側の資料では艦首は4時20分頃、艦尾はそれから1時間以内にそれぞれ沈んだと記録されている。重巡洋艦ルイビルが艦首部を沈めたという証言もある。艦長阪匡身少将以下乗員の殆どが戦死し、二番主砲塔換装室員であった小川英雄一等兵曹以下数名が生還している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
3時13分、今度はレイテ島側から敵駆逐艦が近づくのを時雨が発見。1分後には山雲が接近する雷跡を見つける。西村は右へ一斉回頭、これをかわすと3時18分に元の針路に戻したが直後の3時20分、満潮、山雲が相次いで被雷する。山雲は瞬時に沈み、艦長の小野四郎少佐以下乗員全員が戦死。満潮も程なく沈没し、隊司令の高橋亀四郎大佐以下約230名が戦死、艦長の田中知生少佐以下数名が後にアメリカ軍に救助された。続いて朝雲が1番砲塔直下に被雷して艦首を切断、戦艦山城も左舷後部に被雷、5・6番砲塔に爆発の危険が生じたので弾薬庫に注水が行われた。この攻撃は分離して行動していたアメリカ第54駆逐連隊西方隊の駆逐艦2隻（マンセン、マクダーマット）の攻撃であった。
戦力の過半を瞬く間に失った第三部隊に対し、米駆逐艦隊の襲撃は続いた。3時23分、レーダーで西村部隊を捕捉し第24駆逐連隊の6隻が襲撃を開始。3時23分に時雨と山城に対して魚雷発射して山城に1発命中する。
3時30分、第三部隊は主隊に「山城被雷1、駆逐艦2隻被雷」を報告（0415時受信）。3時40分、西村より「われ魚雷攻撃をうく、各艦はわれをかえりみず前進し、敵を攻撃すべし」と命令を発したがこれが西村の発した最後の命令となった。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
3時49分、砲撃開始に先立ち、米駆逐艦部隊に撤退命令が出る。3時51分、米戦艦・巡洋艦隊は「丁字陣形」で第三部隊を迎え、距離13500mでレーダー照射による砲撃を開始した。まず山城が被弾し、艦橋下に火災が発生、3・4番砲塔は使用不可となり、1・2番砲塔のみで応戦した。最上もレーダーが島影を敵艦影と誤認するなど役に立たず、両艦とも正面に見える砲撃の閃光を目標に反撃するしかなかった。大口径弾300発、小口径弾4,000発の砲撃を打ち込まれた西村部隊には命中弾が相次いだ。
山城は駆逐艦からの雷撃を右舷機械室付近に受けて速力が低下、直後に4本目の魚雷を受けて徐々に傾斜しはじめた。その後に火薬庫に引火し大爆発を起こした。このとき山城の艦橋が崩れ落ちたのが目撃されている。それでもなお山城は1・2番主砲から反撃の砲撃を行っていた（アメリカ軍側が確認）がついに力尽きる。沈没必至と考えた艦長の篠田勝清少将は総員退去を命じるが、その2分後の4時19分に艦尾より転覆して沈没した。西村以下第二戦隊司令部、山城乗員のほとんどが戦死し、主計長の江崎壽人主計大尉ほか士官1名、下士官兵8名の合計10名が捕虜となり戦後生還した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
山城の被雷まで最上は被弾せず無傷であったが、3時50分頃より敵からの集中射撃を受けはじめ、3番砲塔と中央に被弾し火災が発生した。3時55分には魚雷4本を発射し左に回頭、南方へ避退を開始する。4時2分頃、艦橋に2発、防空指揮所に1発が命中し藤間艦長以下副長、航海長、水雷長、通信長など最上幹部と要員が全員戦死、旗甲板にいた山本信号員長他4名のみが無事だっので、信号員長がとっさに操舵を人力に切り替え南下を続けた。最後尾にいた時雨はこれを見て部隊は既に全滅したと判断して反転離脱を開始する。その間、命中弾を受けるが不発だった。
このころ米艦隊では離脱する第56駆逐連隊所属の駆逐艦アルバート・W・グラントが、山城の副砲弾や味方の誤射を受けて被弾した。レーダーで敵味方の区別が付かなくなっていたこともあり、4時13分に米艦隊は一時的に砲撃を中止した。大破した最上はこの隙に艦橋の異変を知った荒井義一郎砲術長の指揮で米艦隊の射程圏外に離脱する。
第三部隊の後に続き突入するはずだった第二遊撃部隊は2時間遅れの3時過ぎに海峡入口に到達したが、スコールが連続的に発生し位置の確認に難航した。艦艇同士の位置確認も困難で3時15分には阿武隈が潮を敵と誤認し誤射する騒ぎが起きている。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
3時20分、パナオン島付近でスコールの隙間から針路上に断崖を視認したので一斉回頭でこれを避けるが、直後に魚雷艇隊の攻撃を受け、阿武隈が避ける間もなく被雷した（魚雷艇PT137の雷撃）。敵魚雷艇を撃退後、阿武隈を残して戦闘序列で突入を開始。4時頃には炎上する扶桑を発見する。
第二遊撃部隊はなおも北上を続け、4時10分には右前方に炎上する艦（最上）を煙幕の中で確認、4時15分、那智の電探が右前方25度方向に艦影（実際はレーダーに映ったヒブリン島を誤認）を捉え、4時24分に那智と足柄は右に回頭しながらその目標へ計16本の魚雷を発射する。ところが炎上停止したと思っていた艦が実は最上で、低速で動いていたことに那智側は気づかなかった。このため両艦は那智の艦首が最上の右舷前部に突っ込む形で衝突。これにより那智は艦首を大破し、速力は18ノット以上は無理となる。
敵情不明のため志摩は突入を断念する。4時25分に関係各隊に宛て「当隊攻撃終了、一応戦場離脱後図を策す」と打電した。また4時49分に「2戦隊全滅大破炎上」の報が発信され第一遊撃部隊主隊では5時32分に受信した。なお、アメリカ側では当時から今日に至るまで、第三部隊及び第二遊撃部隊を「二群に分かれた(統一指揮された)一つの艦隊」と誤認している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
衝突された最上は中央の火災が後部に拡大し機銃弾や高角砲弾が誘爆を起こし手がつけられなくなる。しかし予備魚雷が誘爆した際の爆風で火勢が下火となった。5時20分南下してきたアメリカ艦隊の砲撃が始まり、最上は回避するも10発ほど命中弾を受ける。
4時40分、第二遊撃部隊は単艦南下する時雨を発見、志摩は自艦隊に続くよう指示をだすが、時雨は舵故障と回答し南下を続けた。
艦首を切断されて航行不能となっていた朝雲は12ノットでの航行が可能となり南下撤退を開始した。しかし5時20分頃よりアメリカ艦隊に捕捉され射撃を受け5発が命中火災発生、速度も9ノットまで低下する。火災は拡大の一方で艦長の柴山一雄中佐は総員退艦を指示、乗員は内火艇に移乗して脱出する。接近する米艦隊の集中砲撃で朝雲は撃沈され、内火艇も近接してきた2隻の駆逐艦に沈められ生存者は漂流、結局艦長以下約30名が付近の島に流れ着いて捕虜となり戦後生還した。
5時33分、志摩は阿武隈と合流する。応急修理で航行可能になっていた同艦に続航するよう指示をだす。7時19分には第一水雷戦隊司令部の駆逐艦霞への移乗が行われ、阿武隈は護衛に潮をつけてミンダナオ島ダピタンで応急修理の上コロン湾へ、同じく避退していた最上には曙を護衛にあたらせて直接コロン湾に、それぞれ避退するよう命じ自隊は先行してコロン湾に後退した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
最上はその後7時27分より空襲を受けはじめ、8時30分には航行不能となる。10時47分には弾火薬庫誘爆の危険がでたので総員退去、駆逐艦曙が危険を顧みず船体を最上に横付けして乗員の救助に当たる。最終的に最上は12時30分に曙の魚雷で処分される。
第三部隊で唯一生還した時雨は25日23時にコロン湾に針路を変更、しかし敵機の襲撃を受けたためブルネイに針路を変え、27日17時に無事到着した。
阿武隈は26日にミンダナオ島ダビタンで応急修理を済ませ、潮と共にコロン湾に向かうが11時28分にアメリカ陸軍機の空襲を受ける。直撃弾3・至近弾4を受けて機関停止、魚雷の誘爆も発生し総員退艦が発令、まもなく沈没した。乗員512名が戦死し、艦長の花田卓夫大佐以下生存者は潮に収容された。
那智・足柄・霞・不知火は何度か空襲を受けたもののほぼ無傷であった。その間サマール沖海戦で損傷して退避行動中の重巡洋艦熊野を発見し、霞と足柄にその救援を命じた。那智・不知火は26日14時、霞・足柄・熊野は同日夕刻にはコロン湾に無事到着した。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
24日0630時、マニラを出港した第十六戦隊は0700時頃、マニラ湾口で空襲に遭い、鬼怒に47名の死傷者がでるが船体の損害はなかった。だが左近允司令は予定通りに昼間にカガヤンに到着して陸兵を移乗させるのは困難と判断し、日没時到着を企図して針路を変えたので、予定より3時間遅れの25日16時にミンダナオ島カガヤンに到着、陸軍兵（鬼怒には340名を移乗）を載せ17時30分には出発した。
他方、第一第二輸送隊は第十六戦隊が出撃する前後の17時から20時30分にかけてカガヤンに相次いで到着し、陸兵の移乗を開始する。25日の5時に第二輸送隊、6時に第一輸送隊が移乗等を終えて出撃、10時ごろにはミンダナオ島沖でP-38 7機の攻撃を受けるも大きな被害はなかった。
第十六戦隊と第一第二輸送隊は26日3-4時にそろってオルモック港に到達し揚陸、5時には第十六戦隊が先発して出港しコロン湾に向かった。10時20分、パナイ島とマスバテ島の間に達したころから米第7艦隊の護衛空母搭載機による攻撃を受け始める。
10時30分以降の空襲で浦波は大破し艦長の佐古加栄少佐が戦死、11時30分軍艦旗降下および総員退去。11時52分に沈没した。浦波戦死者は92名に及んだ。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
鬼怒も14時過ぎには航行不能となり、左近允は救援要請を出す。17時20分戦死者83名と共にパナイ島北東で沈没。2隻の生存者は後続していた輸送艦に救助され、輸送艦第9号10号が左近允、鬼怒艦長の川崎晴実大佐以下鬼怒生存者480名以上、浦波の生存者94名を救助した。
第十六戦隊司令官からの救援要請を受けた連合艦隊では26日16時55分、草鹿龍之介参謀長より第二遊撃部隊に鬼怒曳航艦の派遣を求めた。同日日没後、駆逐艦不知火が鬼怒の救助に向かう。
しかし既に鬼怒は沈没しており、その後第十六戦隊が発した状況報告文も不達だったため不知火の出撃は空振りに終わり同艦は帰途についた。だが翌27日朝、米艦載機に不知火は発見され攻撃を受け沈没。18駆逐隊司令井上良雄大佐・荒悌三郎不知火艦長以下全員が戦死した。なお付近には第2駆逐隊所属の早霜が座礁しており、乗員がその一部始終を目撃している。
レイテ沖海戦 10月25日（水上部隊の戦い）
北上を続ける機動部隊本隊は24日の敵偵察機の状況から敵機空襲を受けると考えていた。6時34分に前衛部隊との合流を済ませて程ない7時12分に第38任務部隊の偵察機を発見、練度不十分なため戦力とならない残存艦載機を直衛用の戦闘機18機を除き陸上へ退避させ（爆装零戦5機、彗星1機、天山4機）、さらに北上を続けた。7時17分には瑞鶴、千代田から直掩機6機をあげ、長官は関係各部隊へ「機動部隊本隊敵艦上機の蝕接を受けつつあり」と打電したが、肝心の第一遊撃部隊には着電しなかった。
対して機動部隊本隊には7時過ぎよりアメリカ軍機動部隊を発見し攻撃を開始した旨の無電が届いている。このときの機動部隊本隊は小沢中将が直率する、空母瑞鶴・瑞鳳・戦艦伊勢・軽巡洋艦大淀・駆逐艦4隻の第5群と、第四航空戦隊司令官松田千秋少将が指揮する、空母千歳・千代田・戦艦日向・軽巡洋艦多摩・五十鈴・駆逐艦4隻からなる第6群に分かれていた。