中午11時45分，小澤命令突擊機群76架飛機起飛，這幾乎就是小澤可以投入作戰的全部航空兵力。1小時後，恰在謝爾曼準備派出第二突擊機群去襲擊日軍栗田艦隊時，美軍雷達發現日機來襲。這次，謝爾曼首先命令突擊機群立即起飛，接著命令其戰鬥機起飛迎擊日機。美“惡婦”式戰鬥機打得非常出色，竟使日機的這次來襲一無所獲。但是，“普林斯頓”號航空母艦到下午沒有撲滅的火焰又蔓延到魚雷艙，引起猛烈爆炸，把艦尾和飛行甲板後部炸毀。該艦炸飛的鋼鐵斷片紛紛落到旁邊的“伯明翰”號輕巡洋艦上，使這艘巡洋艦的艦員當場死亡200餘人，傷400人。這一毀滅性的爆炸終於斷送了“普林斯敦”號，晚5時49分，美驅逐艦發射了2枚魚雷，加速了這艘航空母艦沉入海底。
日軍栗田艦隊從錫布延海上溜走之後，中部戰線暫時平靜下來，而南方戰線又爆發了蘇裏高海戰。24日夜間，日軍西村艦隊已悄悄地駛近蘇裏高海峽。蘇裏高海峽是連接萊特灣和保和海的通道，長30海裏，寬10海裏。海峽內水流湍急，漩渦翻滾，兩岸險峰陡峭，危壁兀立。這時，美海軍金凱德的第七艦隊正列陣等待著西村艦隊的到來。他的6艘戰列艦在海峽的北口一字排開，33艘巡洋艦和驅逐艦在戰列艦的側翼前方占據了有利陣位，還有39艘魚雷快艇也在海峽的南口待機行事。這是金凱德在海軍學校當學員時就夢想實現的“T”字陣，這次終於可以如願以償了。
25日淩晨2時，西村艦隊盲目大膽地進入蘇裏高海峽南口，殘酷的夜戰在瞬間爆發。淩晨2時20分，西村艦隊首先中了30餘艘美魚雷快艇的兩麵夾擊。日艦射出的青白色探照燈光掃射著漆黑的水麵，大炮一排一排地猛轟猛射。美快艇冒著日艦炮火，發起集中攻擊。結果，日驅逐艦“山雲”號、“滿潮”號被魚雷擊中沉沒，“朝雲”號受傷，退出艦隊。但西村毫不畏懼，將剩餘4艦排成單縱隊繼續沿海峽北上。當時，由於照明彈、曳光彈把整個戰場照得雪亮，戰鬥很快到達高潮，到處都是火光和硝煙，雙方大炮在轟鳴，魚雷在爆炸，燃燒的軍艦在火光中沉沒，落水的士兵在波濤中掙紮。
大約在淩晨3時38分，美一枚魚雷擊中了西村的旗艦“山城”號，引起彈藥庫大爆炸。兩分鍾後，“山城”號載著西村以及全體官兵在蘇裏高海峽漆黑的海麵上消失了。“山城”號沉沒以後，“扶桑”號充當了日軍指揮艦，但該艦艦長沒有發出任何命令。這位艦長隻是一味地向北推進，聽任命運擺布，直到被美軍魚雷和炮火擊中，沉入海底。至此，日艦隊隻剩下中彈起火的“最上”號戰列艦和2艘驅逐艦。“扶桑”號沉沒後，這3艘軍艦便掉轉屁股逃跑了。它們在逃跑的路上，碰巧將一隊美驅逐艦夾在了中間，這隊美驅逐艦遭到日艦和己方炮火的轟擊，損失嚴重。美殿後艦“格蘭特”號連中20餘發炮彈，全艦起火，最後燒成了一堆廢鐵。美軍為了使自己艦隻免遭炮火損傷，下令停止射擊，3艘日艦才乘機逃脫。
本來誌摩艦隊與西村艦隊會合後奉命協同作戰，一同進擊萊特灣，但是，誌摩艦隊一直沒有同西村艦隊聯係上。此時，誌摩還不知道他的艦隊已被美轟炸機發現，仍然保持無線電靜默，企圖率其增援部隊突入萊特灣，給美軍以突然襲擊。此外，誌摩所以避免與西村進行無線電聯係，還因為他的資曆比西村深。如果西村海軍中將知道誌摩親自出征，按照日軍慣例，這兩支艦隊的戰術指揮必須由誌摩負責。但誌摩覺得，他自己對這次作戰的計劃並不詳細了解，在這關鍵時刻改變指揮關係可能引起混亂。而西村又有他自己的一套打法，願意單獨行動。在西村死後1小時，誌摩率艦以30節高速進入蘇裏高海峽。首先映入眼簾的是在那漆黑海麵上熊熊燃燒的日艦，截獲到的竟是那些即將沉沒的日艦艇相互交換著的淒慘的無線電報。
25日淩晨5時，誌摩發現前方8海裏處有美艦隊，同時認出右前方著火的日艦“最上”號。不料美艦首先下手，日巡洋艦“阿武喂”號冷不防地被美艦魚雷擊傷，誌摩一見形勢不妙，急令各艦轉舵，一邊發射魚雷，一邊倉皇撤離。旗艦“那智”號慌不擇路，把受傷的“最上”號左舷撞了個大窟隆。麵對如此嚴酷的現實，誌摩深感大勢已去，不由黯然泣下，開足馬力，逃之夭夭。海麵上，留下了日艦殘骸，掙紮著的水兵和大片油跡。經此一戰，來自萊特灣南部日軍的威脅宣告解除。這次海戰中，西村艦隊沉2艘戰列艦、1艘巡洋艦和3艘驅逐艦，誌摩艦隊傷2艘巡洋艦，日軍死亡5000餘人。美軍僅沉l艘快艇，傷幾艘驅逐艦，陣亡41名艦員。為此，金凱德將軍電賀蘇裏高海戰指揮奧爾登夫少將，稱這場海戰打得漂亮。