1944年10月24日夜到25日凌晨，西村的南翼艦隊遭到美軍魚雷艇的襲擊，但僅有輕巡洋艦“阿武隈”號受損。凌晨2時，美軍第7艦隊用驅逐艦發動魚雷攻擊，擊沉“扶桑”號戰列艦和3艘驅逐艦。凌晨4時20分，美日雙方展開了一場經典的海上炮戰，西村的旗艦“山城”號戰列艦被炮火擊中發生劇烈爆炸，艦體被炸成兩截後劇烈燃燒，無一人倖存。“最上”號重巡洋艦被擊傷。
天剛破曉，美國陸軍航空隊出動飛機，擊沉了已經重傷的“阿武隈”號。接下來，美軍第7艦隊護航航空母艦起飛艦載機發動攻擊，擊沉了“最上”號和剩餘的驅逐艦。最後，日軍2艘重巡洋艦設法逃脫。
10月25日凌晨6時45分，美軍偵察機在薩馬島（萊特島東北一座大島）以東海域發現了慄田的戰艦。13分鐘後，薩馬島海戰打響，慄田的戰艦發現並開始炮擊斯普拉格的護航航母艦隊，由於護航艦船僅僅配備防空火炮，因此無力抵抗，斯普拉格就命令所有飛機飛離航母，艦隊開始向南撤離。
一些美軍護航航空母艦具有釋放煙幕的功能，其他一些美艦嘗試著通過排濃煙形成煙幕。但這種隱蔽手段已經過時，因為日軍旗艦“大和”號和其他艦隻均配置了雷達。美軍孤注一擲，又出動驅逐艦發起一輪魚雷攻擊，擊傷日軍“熊也”號巡洋艦並迫使其撤退。不過，美軍卻付出了損失3艘驅逐艦的代價。
“那條早上，我正在飛行甲板上活動，”一艘護航艦上的維護員喬治·史密斯回憶，“……有人衝我吼叫，讓我最好戴上頭盔，穿上救生衣，繫上腰帶，因為日本鬼子快來了。說時遲，那時快，我聽到船尾傳來一聲爆炸，起初我認為有可能是我方飛機爆炸了，當我抬頭時，我看到一大片錫紙正在下落，錫紙的作用是用來遮擋我方雷達。然後，他們開始射擊……我方艦船趕緊調轉航向……試圖甩掉日本人……接下來，我們開始釋放煙霧，試圖隱蔽自己……他們向我們飛速追來，趕上了我方一艘航母並將其擊沉……他們離我們太近了，我們甚至看到日本旗正在飄揚……當然，我們打盡了所有的彈藥……戰鬥持續了大約2小時……我們鑽進兩座島嶼之間，日軍可能認為我們試圖將其引入陷阱……因此退出了戰鬥。”
此時，美軍的護航航母就像被煮熟的鴨子一樣，任由日軍飛機屠戮。可以說，這是日軍搗毀美軍航母艦隊的最佳時機。在艦上，那些沒有具體作戰任務的艦員四處尋找藏身之所躲藏，那些已經起飛的飛機試圖攻擊日軍艦隊，但因為沒有攜帶合適的彈藥而無計可施。
毫無疑問，也有幾架飛機，沒有攜帶任何的彈藥，只能用來分散日軍的注意力。還有很多飛機的燃油嚴重不足，這點燃油還是前一天執行攻擊任務後剩下的。有些飛機在燃油耗盡後，飛行員往往選擇在艦隊附近迫降，希望能被己方人員救起，但就是沒有艦船敢於停下來救人。
被日軍擊沉的美軍護航航空母艦是“岡比亞灣”號，其餘三艘護航航母“芬肖灣”號、“卡里寧灣”號和“白色平原”號均被擊毀。之後，日軍停止單方面攻擊，掉頭撤退，至此所有戰鬥結束。
由於缺乏真正的海軍情報，慄田堅信他進攻的是一支標準的美軍航母艦隊，而不是護航航母編隊，他確信日軍正被引入一個陷阱中。事實上，慄田這個結論令人吃驚，作為一個經驗豐富的海軍高級指揮官，他竟然沒有從對方30多節的撤退速度上做出正確判斷！
在慄田前方，另一支美軍護航航母艦隊也被日軍誤認為是標準航母艦隊。他判斷，哈爾西指揮的美軍第3艦隊將從北面靠近，於是決定在開闊海域作戰，而不是像萊特灣這樣的封閉海域，這樣做會更加安全。
接下來，美軍第二支由6艘護航航母組成的編隊，遭到了日軍第一輪神風特攻隊攻擊，4架岸基飛機撲向第2護航航母大隊，擊中了“蘇萬尼”號和“桑蒂”號，此外，後者還被日軍一艘潛艇發射的魚雷擊中。在慄田返回薩馬島東部海域後，日軍又發動了幾輪神風特攻行動，炸燬美軍“聖洛”號護航航空母艦，並擊傷了“卡里寧灣”號和“基特昆灣”號護航航空母艦。
慄田此前對於神風特攻隊的進攻毫不知情，也無從得知他們的具體勝利。他在前一天還這樣對艦隊訓話：“要勇敢地面對可能遭受的任何損失，第1戰隊一定要衝進萊特島灣，衝鋒陷陣直至戰死。”然而，中午時分，他便命令撤退，鑿沉了3艘重巡洋艦，另外兩艘雖損壞嚴重，仍安全駛回日本。慄田的做法完全斷送了搗毀美軍運輸艦的任務。
直到後來，美軍才意識到他們成了日軍自殺式襲擊的靶子。在此之前，美國人曾經認為，首輪襲擊中墜毀的幾架日軍飛機，要麼失控墜毀，要麼是飛行員因飛機受損嚴重而沮喪萬分，不得不操縱飛機撞向敵艦。畢竟，那時候還未發明彈射座椅，飛行員要想逃出快速低空飛行的飛機幾乎不可能。
“一架神風特攻飛機徑直撞上了我們左舷的一艘航空母艦，”喬治·斯密斯解釋，“正好擊中艦船的正中心，我們駛過去時，船員們正在棄船……當我們超過這艘艦艇時，整艘船似乎馬上就要爆炸……那裡空無一物。剎那間，一架神風特攻飛機向我船俯衝過來……跟普通的著艦動作一樣，我想他將偷襲我們!當然，我們艦長也明白了他的意圖，突然一個左轉舵……位於右舷的船員們紛紛撞在船舷上，我們朝著那架神風特攻飛機猛烈開火，它從另一側墜落海中……爆炸了!”
