25 октября в 2.00 темноту разорвали вспышки взрывов. Это торпедные катера первыми атаковали японцев, и один из них попал торпедой в «Фусо». Линкор продолжал двигаться дальше. Через 10 минут торпеда попала в «Ямасиро», однако тот, не дрогнув, выдержал удар и продолжал идти прямо в расставленную западню. Через час в бой вступили американские эсминцы. Их торпеды вспарывали черную воду пролива, направляясь к японским кораблям.
В 3.25 «Ямасиро» получил еще одно торпедное попадание, но выдержал и его. В 3.34 в «Фусо» попали одна или несколько торпед, и взорвался артиллерийский погреб. Это было уже слишком, линкор разломился пополам. Пылающие обломки какое-то время дрейфовали вниз по проливу, а потом затонули возле острова Динагат. Еще одна торпедная атака эсминцев фактически покончила с японской эскадрой. От нее остались только линкор «Ямасиро» и тяжелый крейсер «Могами», оба поврежденные, и чудом оставшийся невредимым эсминец «Сигурэ».
В 3.50 открыли огонь давно ждавшие этого момента линкоры и крейсера адмирала Олдендорфа. В течение 20 минут на 2 японских корабля с минимальной дистанции обрушилось огромное количество снарядов. Они даже не могли отвечать. «Ямасиро» был буквально разорван на куски, а «Могами» превратился в пылающий факел. Оба корабля попытались повернуть назад, но было уже слишком поздно. В 4.19 линкор перевернулся и затонул, унеся с собой на дно адмирала и большую часть экипажа.
«Могами» продержался немного дольше. Весь охваченный пламенем, он едва не столкнулся с крейсерами Симы, которые подошли к месту побоища. Крейсер пережил и это, однако наутро он все-таки затонул возле острова Минданао. Поэтому вполне понятно, что адмирал Сима не стал повторять самоубийственный бросок Нисимуры и повернул назад. Однако при этом он все-таки потерял легкий крейсер.
Попытка атаки с юга была отражена, и главную роль в этом сыграли старые линкоры. Их современные собратья были лишены этой чести, потому что Хэлси увел свое соединение на север, в погоне за призрачными авианосцами Одзавы. Еще раньше он передал по радио, что 6 современных линкоров под командованием адмирала Ли должны быть готовы сформировать отдельное соединение, чтобы перехватить корабли Куриты в проливе Сан-Барнардино, как Олдендорф сделал в проливе Суригао. В приказе были важные слова «будет сформировано», что означало формирование такого соединения только в случае, если обстоятельства потребуют этого. Однако Хэлси поверил донесениям своих летчиков и решил, что такой необходимости больше нет. Поэтому он решил использовать линкоры для усиления ПВО своих авианосцев в ожидаемой авианосной дуэли с Одзавой и увел на север весь флот.
Во время погони в 2.45 Хэлси действительно выделил линкоры в отдельное оперативное соединение. Однако их задачей было не сражение с линкорами Куриты, которые считались поспешно отступающими. Вместо этого Хэлси выдвинул линкоры вперед, чтобы они уничтожали поврежденные корабли Одзавы, которые утром отстанут после атаки американских самолетов. Это могло принести богатую добычу, потому что в ходе утренних атак 25 октября был потоплен авианосец «Титосэ», а 3 остальных были повреждены.
Быстроходные линкоры погнались за противником. В 11.00 они развили полный ход и находились уже в 40 милях от кораблей Одзавы. Их орудия имели дальнобойность около 20 миль, и через несколько часов они могли перевернуть весь ход морской войны на Тихом океане. Они стали бы первым соединением линкоров, уничтожившим вражескую авианосную группу. Одзава не имел самолетов, чтобы помешать этому, полетные палубы его кораблей были практически пусты. «Исэ» и «Хьюга» могли оказать некоторое сопротивление, однако вряд ли они продержались бы слишком долго против сосредоточенного огня 6 самых мощных линкоров в истории. Увы, этого не случилось. Когда американские линкоры от цели отделяло всего несколько миль, с юга пришел отчаянный призыв о помощи. Курита свободно прошел через пролив Сан-Бернардино далеко за кормой Хэлси и теперь быстро приближался к плацдарму.
Линкоры Олдендорфа после ночной победы начали отчаянно выскребать остатки бронебойных снарядов в погребах, но время было не на их стороне. Когда линкоры Куриты шли на юг вдоль восточного берега острова Самар, между ними и транспортами, а также целыми горами военного снаряжения на побережье, находились только крошечные эскортные авианосцы соединения поддержки под командованием адмирала Спрэгью.
