大本营针对美军选择莱特湾作为登陆点，对各舰队的任务进行了具体详细的规定：小泽舰队南下，在吕宋以北海面充当诱饵，引诱美舰队远离登陆部队和舰只，为主力舰队制造战机；栗田舰队主力北上，取道圣贝纳迪诺海峡，一旦美主力舰队离开莱特湾，便趁机长驱直入美军登陆滩头，扫荡美登陆舰只和部队。

    日军的作战行动刚开始就受到挫折。10月23日拂晓，栗田率领的主力舰队在驶抵锡布延海之前，竟意外地遭到南中国海的美军“鲦鱼”号和“海鲫”号潜艇的攻击。在海战的第一回合中，美军的2艘潜艇就给了日军一个下马威，击沉2艘、击伤1艘重巡洋舰。10月24日上午，美军侦察机在锡布延海上空发现了正在海上航行的栗田舰队。美舰载机旋即对之进行了5批轰炸。下午3时许，栗田舰队的战列舰均中弹负伤。一艘重巡洋舰丧失作战能力，一艘超级战列舰被击沉。

    就在锡布延海战激烈进行时，南面战场上的苏里高海峡之战也爆发了。此战中，日军有2艘战列舰、1艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰、4艘驱逐舰被击沉，还有1艘巡洋舰、1艘驱逐舰被击伤。包括西村祥治中将在内的约5000官兵阵亡。美军1艘鱼雷艇被击沉，1艘驱逐舰被击伤，阵亡官兵仅41人，莱特湾南面的威胁被彻底解除。

    与南部编队日军的惨败相反，小泽将军指挥的北部编队却按照预先的计划，于24日下午5时左右，吸引了美主力舰队，出色地完成了诱敌任务，不仅使栗田舰队免遭全军覆灭的下场，而且也使自己率领的“自杀部队”中的大部分舰只免遭厄运，取得了出乎意料的成功。正是在小泽舰队的策应下，栗田舰队死里逃生。惊魂初定，栗田决定按照原计划，率领舰队乘着夜色重返锡布延海。

    栗田顾忌到美主力舰队就在附近，不敢贸然对莱特湾发动攻击。10月25日，栗田舰队将遭遇的美军一航母编队误以为是美主力舰队，于是展开了一场海战史上罕见的海上追击战。追击战中，栗田舰队相当分散，难以形成整体作战力量。随后，栗田判断，美军登陆部队已多次接到警报，可能已撤离莱特湾，于是决定放弃进攻莱特湾，转向外海与敌进行一次拼死决战。

    然而经过半天搜索，栗田未能发现美国航空母舰编队的影子，决定返回基地。美主力全舰队向南疾驶，企图追上并击败日主力舰队，然而，除击沉几艘掉队的小型舰只外，美军也未能如愿。受到沉重打击的栗田舰队，仅剩下4艘战列舰、2艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰和7艘驱逐舰，逃脱了美舰队的追击。至此，历时4天的莱特湾海战结束。

    莱特湾海战，尽管规模颇大，但在作战方法上并没有什么值得夸耀之处，实际上是一场海上混战。不过，通过这次海战，日本帝国海军就不再是一支强大的海上力量了，美国海军则控制了太平洋。战后，日本海军大臣米内光政在评价莱特湾海战对日本帝国的影响时说：“我觉得这就是终结！”