海战

美国舰队的数量比日本舰队多得多。哈尔西拥有9艘航空母舰（无畏号、大黄蜂号、富兰克林号、列克星敦号、邦克山号、黄蜂号、汉考克号、企业号、埃塞克斯号）、八艘轻航空母舰（独立号、普林斯顿号、贝勒伍德号、科本斯号、蒙特利号、兰格利号、卡伯特号、圣哈辛托号、六艘战列舰（亚拉巴马号、依阿华号、马萨诸塞号、新泽西号、南达科他号、华盛顿号）、17艘巡洋舰和64艘驱逐舰。他有1000多架飞机，但他将登陆点让给了几艘护卫航空母舰和驱逐舰。哈尔西被小泽的诱饵给引诱出来了。
10月25日早，小泽下令75架飞机起飞攻击美军，但这些飞机没有造成多少损失，大多数飞机被美国战斗机击落，少数飞往吕宋岛。
哈尔西亲自率领第34特混舰队的战列舰急速前进，准备用大口径舰炮直接去对付小泽舰队前卫的战列舰以及在舰载机空袭中掉队日舰。清晨，在还没有确定日军的精确位置的情况下，美军就起飞了180架飞机。直到7:10侦察机才找到了北路舰队。08:00美军战斗机摧毁了保护舰队的30架日军飞机。开始了不停地空袭，他们一共进行了857架次袭击。小泽舰队的航空母舰纷纷中弹（千岁号和一艘驱逐舰沉没，瑞鹤号、千代田号和一艘巡洋舰丧失了机动力）。小泽将他的旗舰改到另一艘巡洋舰上。

这时萨马岛战斗的消息传来。美军登陆军的情况紧迫（第7舰队的护航航空母舰因为栗田的舰队突然出现，而不断的发报向哈尔西求援。连坐镇珍珠港的尼米兹也给哈尔西发了一份简短的电报：“第34特混舰队，在哪里？”，但负责电报加密的军官，随意添加了一句“全世界都想知道”，哈尔西的译码军官误以为是正文未加删减，这使哈尔西怒不可遏），哈尔西下令南下，他只留下了两个航空母舰大队以及一小支由巡洋舰和驱逐舰组成的舰队来收拾小泽的残余船只。
下午在击沉几艘日本航空母舰后空袭击集中在两艘改装的战列舰上，但它们密集的防空火力有效地抵挡了空袭。空袭一直到傍晚，小泽舰队作为诱饵的全部航空母舰，还包括一艘巡洋舰、两艘驱逐舰被击沉。“诱敌部队”取得了出色得成功。但通讯混乱也同样发生在日本方面，小泽发出诱敌成功的电报，栗田却没有收到。不过这再次使栗田的舰队免遭全军覆没。

萨马岛海战
萨马岛之役粟田舰队击沉美军两艘护卫航空母舰，日军损失三艘巡洋舰，三艘主力舰受重创。
栗田的舰队于10月25日凌晨进入圣贝纳迪诺海峡，凌晨03:00它们沿萨马岛的海岸向南进发。于黎明时分发现美国舰队。
金凯德上将有三股舰队来阻挡它，每股舰队由六艘护卫航空母舰和七或八艘驱逐舰组成。每艘护卫航空母舰带约30架飞机，一共有500多架。护卫航空母舰比较慢，装甲薄，对付战列舰它们没有多少可能。
金凯德错误地以为威利斯•李的战列舰还守护在圣贝纳迪诺海峡，因此从那里没有危险，但李被哈尔西调走去对付小泽去了。当日本舰队在萨马岛出现时美军大吃一惊。哈尔西的舰队已经被诱敌战术调走远离莱特湾，但是栗田对此却一无所知。栗田错误地将那些护卫航空母舰当作了美国的航空母舰舰队，他还以为整个美国第三舰队在他的18英寸炮口前呢。

美国护卫航空母舰立刻向东后撤，希望坏天气可以影响日本炮的精确度，同时立即发报请求支持用甚至用明码发报。美国驱逐舰企图分散日本战列舰的注意力来取得时间。这些驱逐舰自杀般地对日舰发鱼雷，吸引日舰火力。为了躲避鱼雷日舰不得不打散自己的队形。
大和号被两条平行的鱼雷逼迫背向而行，无法转身，怕被它们击中，这样损失了足足十分钟的时间。四艘美国驱逐舰被沉，其它受伤，但它们为航空母舰获得时间让它们的飞机起飞。这些飞机没有时间转装穿甲炸弹，因此它们只能带着它们正带着的弹药起飞（有时甚至是深水炸弹）。然后美军航空母舰继续南逃，而战列舰的炮弹不断在它们周围爆炸。一艘航空母舰被沉，其它受伤。
由于栗田舰队未完成整编队形便发动进攻，加上美军驱逐舰的攻击将他的队形打破了，各战队散乱在广阔的海面上。他丧失了对战事的战术指挥，三艘他的重巡洋舰被集中的海上和空中的袭击沉没。栗田于09:20下令北转整理队型。躲过栗田的舰队袭击的护卫航空母舰遭受的打击并没有结束，被“神风特攻队”自杀飞机击沉一艘，另两艘遭到重创。

不久栗田的舰队改变航向，驶往莱特湾。就在日本计划就要得逞的时候，栗田再次北转撤退。他感觉美军支持舰队正向他包围过来，因此他感觉参战的时间越长，他遭到美国强大空袭的可能性就越高。在不停的空袭下他向北，然后向西穿过圣贝纳迪诺海峡。往返航行300海里的第三舰队于26日日出后，派舰载机对栗田舰队的掉队舰只进行了袭击。
栗田的舰队长门号、金刚号和榛名号受重创。他带五艘战列舰进入战场，但当他回到日本时，只有大和号还有作战能力。

莱特湾海战从海上保证了美国第六军的登陆点。在此后更艰苦的莱特岛战役中美军一直到1944年12月末才完全控制了该岛。
莱特湾海战是太平洋战争中最后一次大海战，也是历史上最大的一次海战。这场海战消灭了日本的海军力量，除了陆上基地的飞机外，日本海军几乎已不存在了，美军取得了绝对的制海权。
小泽在战后受审时说：“在这一战之后，日本的海面兵力就变成了绝对性的辅助部队，除了某些特种性质的船只以外，对于海面军舰已经是再无用场可派了。”
海战末期，据守菲律宾北部空军基地的日本海军大西泷治郎中将，批准了神风特攻队向莱特湾内的盟军舰队发动自杀性攻击。10月25日皇家海军澳大利亚号巡洋舰再次被创，它不得不退出战场修复。美国护卫航空母舰一艘被沉，五艘被伤。

                  莱特湾海战中的美国舰队