Непосредственное столкновение двух флотов началось 3 октября. Первыми атаковали подходящего с севера противника американцы. Из-за проблем со связью и некоторой возникшей вследствие этого несогласованности, отдельные части японского флота двигались с небольшим разрывом по времени и в итоге вступили в бой по-отдельности.
Первым под раздачу попало двигающееся курсом 150 соединение адмирала Курита в составе четырех линкоров и двух прикрывающих их легких авианосцев, следующих чуть в стороне. Американцы достаточно легко связали боем воздушное прикрытие, поднятое с плавучих палуб, и принялись методично уничтожать самый большой, выделяющийся на фоне других линкор «Мусаси». Гигант, приковав к себе главное внимание американских торпедоносцев и бомбардировщиков целый день стойко сносил все удары, получив в итоге 19 торпедных и 16 бомбовых попаданий. В 19.37 линкор потерял ход, и Курита принял решение — спасти корабль было в данных условиях очевидно невозможно — эвакуировать команду. В 21.17 опустевший «Мусаси» был торпедирован своим же эсминцем и через полчаса затонул, так и не сделав ни одного выстрела по врагу.
Желание, однако, потопить здоровенный линкор сыграло с адмиралом Митчером — он непосредственно командовал соединением авианосцев — злую шутку. В 17.42, когда в сторону колонны японских линкоров ушла четвертая за день волна ударных самолетов, на его собственные корабли обрушилась совместная атака палубных самолетов вице-адмирала Дзисабуро Одзавы, поднявших в воздух все что у него было под рукой — суммарно около трехсот пятидесяти машин — и уцелевшей в первый день рубки базовой авиации. Удар получился опять же недостаточно хорошо скоординированный и оттого растянутый по времени, что позволило американцам, можно сказать, отделаться легким испугом.
В состав легкого испуга вошли два авианосца: самый старый, довоенной еще постройки, авианосец на Тихом океане «Саратога» и легкий «Принстон». Первый получил две торпеды в борт и успел — не смотря на быстро нарастающий крен — выброситься на берег, спася таким образом большую часть своего экипажа. Легкому же авианосцу досталось больше: в его палубу буквально воткнулся не успевший сбросить 500 кг бомбу японский пикировщик D4Y «Комета». Бомба пробила палубу и рванула внизу, мгновенно воспламенив запасы авиационного топлива, а шальная торпеда, угодившая превратившемуся в один огромный костер авианосцу в правую скулу, окончательно поставил точку в истории корабля. Из всего экипажа стремительно пошедшего на дно корабля выжило всего лишь 87 человек.