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西村祥治中将统领的南路舰队由战列舰扶桑号、山城号以及最上号重巡洋舰和四艘驱逐舰组成。10月24日他们遭到空袭，但未受伤。由于南路舰队和中路舰队严守无线电静默，西村无法与栗田和志摩协调他们的步骤。当他于02:00进入苏里高海峡时，志摩在他后面约40千米，而栗田还在锡布延海，离莱特岛的海岸还有好几个小时。
他们刚刚开过帕纳翁岛就闯进了美国第七舰队为他们设置的圈套。杰西·奥尔登多夫少将的六艘老式战列舰(从西向东，分别是宾夕法尼亚号、加利福尼亚号、田纳西号、密西西比号、马里兰号、西弗吉尼亚号)、八艘巡洋舰(从西向东，分别是:什罗普郡、博伊西、菲尼克斯(以上3艘编成右翼巡洋舰群，面向南方);哥伦比亚、丹佛、明尼阿波利斯、波特兰、路易斯维尔号，以上5艘编成左翼巡洋舰群)、29艘驱逐舰和39艘艇已经严阵以待。
由于美军缺乏在夜间作战的飞机，故只能用装备雷达的艇来提供信息，20:50，美国艇发现西村舰队，22:52-02:13期间，美军13个艇分队分别向西村舰队发动攻击，无一命中，美军艇pt-493触礁沉没，但为第七舰队提供了大量情报。
03:00 ，美军第54驱逐舰中队第一部分3艘驱逐舰在7000-8000米距离上向西村舰队发起攻击，共射出27枚，1枚击中扶桑号中部，扶桑号即刻落伍，随之右回转后撤，8分钟后全舰失去动力。
03:09，第54驱逐舰中队第二部分也发射了，前导驱逐舰山云号首先中雷，随即发生大爆炸沉没，朝云号前主炮下方中弹，舰艏折断，航速下降至12节，命中战列舰山城和驱逐舰满潮相继中雷受伤，山城号前后命中2枚，中后部主炮无法工作，但仍坚持前进。
03:45，落后的扶桑号中部燃料舱和3，4号主炮塔弹药舱发生大爆炸，舰体断裂，舰艏部分于04:20沉没，舰尾部分在1个多小时后也沉没。战后谁也不知道扶桑号上发生了什么，因为全舰无一幸免，阵亡人数在1400-1600之间。
03:50 ，美军战列舰、巡洋舰编队采用海军炮战经典战法，排成两列t字横队(战列舰在后，距离20000米，巡洋舰在前，距离14000米)，用全正面交叉火力在雷达引导下共发射大口径主炮炮弹245发，巡洋舰发射炮弹4000多发，第56驱逐舰中队也对其进行攻击，共命中2枚，顷刻间，山城号剧烈燃烧并发生爆炸，舰桥崩塌，并于04:19沉没，西村中将以下除10人被美军救起外，其他均随舰葬身鱼腹(作为对比，整个海战西村舰队损失的战舰上，幸免的合计仅有26人)。最上号也中弹多处，其中防空指挥所被直接命中，舰长，副长，航海长等几乎所有的高级军官全部被炸死，只好由炮术长荒井大尉代理指挥。时雨号驱逐舰也有5处受创。
04:25 志摩的那智号和足柄号重巡洋舰以及八艘驱逐舰到达战场。志摩以为他看到的那两段残片是西村的两艘战列舰的剩余(实际上它们是扶桑号的两段)，还看到了空中曳光弹的痕迹，他认识到通过海峡是毫无希望的因此下令转身撤退。在混乱中他的旗舰那智号与焚烧的最上号相撞，丧失机动能力而落后的最上号第二天被飞机击沉。志摩舰队在撤退过程中，受到美军舰载机的追击，轻巡阿武隈号和驱逐舰不知火号相继沉没。
苏里高海战是人类历史上最后一次发生在战列舰之间的海战，是海战史上组织最成功的战例之一。美军以1艘艇为代价，获得了击沉2艘战列舰，1艘重巡洋舰，3艘驱逐舰，伤1艘重巡洋舰1艘驱逐舰的骄人战绩(轻巡阿武隈号和驱逐舰不知火号不作为战果统计)。
小泽治三郎中将的舰队由四艘航空母舰:瑞鹤号、瑞凤号、千岁号、千代田号、由第一次世界大战时建造的战列舰改装成的两艘航空战舰:伊势号、日向号、三艘巡洋舰:大淀、多摩、五十铃和八艘驱逐舰组成。瑞鹤号是最后一艘参加过珍珠港事件幸存至此的航空母舰。日向号和伊势号的后部炮塔被改成机库、跑道和起飞机构。但这两条船都没有带飞机。
小泽一共只有108架飞机。一直到10月24日下午16:40小泽的舰队才被发现。此时美军正在对付栗田的舰队和吕宋岛来的空袭。10月24日晚小泽获得了一份美国电报说栗田撤退了(这个消息是错误的)，但20:00丰田下令所有舰队继续进攻。哈尔西看到他有机会消灭所有日本在太平洋上的航空母舰，这样美国可以无忧虑地进攻日本本土。他相信栗田已经在锡布延海战中被击退，因此他于子夜后带领所有的三队航空母舰和威利斯·李上将的战列舰(根据哈尔西的命令，为守卫圣贝纳迪诺海峡临时编成第34特混舰队。
命令是个预案，在后来造成理解的混乱。)开始追击小泽。虽然美国侦察机发现了栗田开向圣贝纳迪诺海峡，但哈尔西认为金凯德的第七舰队足以对付它，未加理会。美国舰队的数量比日本舰队多得多。哈尔西拥有9艘正规航空母舰(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、64艘驱逐舰和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。