1944年10月24日，在美艦「蘭利」號航母上，戰鬥機指揮官約翰·蒙薩拉特海軍上尉在雷達顯示屏上發現了日軍飛機，於是命令4架格魯曼「潑婦」戰鬥機前去攔截，並要求「埃塞克斯」號航母派出增援力量。「埃塞克斯」號迅速派出8架正在巡邏的「潑婦」戰鬥機加入「蘭利」號的戰鬥。
蒙薩拉特看到自己只派了4架戰鬥機去攔截60架日軍飛機，很不放心，於是聯繫他的戰鬥機：「增援已派出，馬上就會跟在你們身後。」「埃塞克斯」號派出的「潑婦」戰鬥機緊緊跟隨，兩隊戰鬥機中間有12架日軍飛機，佔此次日軍派出飛機數量的一半。
與此同時，日軍岸基飛機僅僅擊中一艘美軍航母——「普林斯頓」號。這一擊對日軍來說是幸運的。一枚550磅的穿甲炸彈不偏不倚，正好擊穿船尾電梯正面的飛行甲板，穿出一個整齊勻稱的洞來。炸彈繼續下落，最終擊中航母上的麵包房，在那裡爆炸，炸死了那個艙室所有的人。
爆炸的餘波又直衝向上，擊中了機庫甲板，當時有6架飛機正在補給燃料和物資，餘熱引燃了這些飛機，並引爆了魚雷彈頭。起初，這次爆炸在「普林斯頓」號航母指揮官威廉·巴拉克眼中，不過是小事一樁。
「我看到這一切，根本沒當回事，繼續戰鬥！」
當時，第27戰鬥機中隊飛行員保羅·特魯裏海軍少尉站在甲板上，他的「悍婦」戰鬥機就在身邊，他感覺到下面傳過來的爆炸的劇烈震動，後來據他回憶：「當時情況下，我們無法駕機起飛！」
9時35分，日軍的炸彈擊中「普林斯頓」號航母，隨即發生大火。到10時10分，火勢威脅到航空燃料的安全，形勢已經不再是損管控制那麼簡單了，在航母上的1570人中，有2/3的人奉命撤離，只留下消防員和高射炮手。很快地，高射炮彈在炙熱中開始發生爆炸，炮手們也奉命迅速棄船逃生。這時候，美軍一艘驅逐艦行駛到航母旁邊，把船員們接走。儘管艦載機被點燃，彈藥也發生爆炸，但
航母上的火勢逐漸得到了控制，艦身仍然保持平衡，艦體未受任何破壞，似乎可以死裡逃生了。到了13時30分，整艘艦上唯一燃燒的地方是艦尾彈藥庫的附近。
美軍派出輕巡洋艦「伯明罕」號駛到「普林斯頓」號旁邊，繼續提供消防支援。這時候，傳來了敵機攻擊的警報，也有報告稱日軍潛艇在附近出現，導致救援行動暫時中止，直到15時30分才恢復執行。這時候，在沒有任何徵兆的情況下，航母艦尾的彈藥庫突然發生爆炸，整個尾部被炸飛。
金屬碎片互相碰撞，發出駭人的劇烈聲響，「普林斯頓」號的碎片就像炸開的散彈一樣，向四面八方飛散，有的散落在「伯明罕」號甲板上。
「就像航母上的艦載火炮所發射的致命散彈，」一位目擊者回憶，「效果是一樣的，當場就有數百人倒地死去，要麼身負重傷，短短數秒之內，甲板兩側的排水道裡充滿了紅色的液體，這是從數以千計的傷口中噴薄而出的血液，殘肢斷臂橫七豎八地掉落在血染的甲板上，簡直就是屠宰場的地面……」
「普林斯頓」號航空母艦最終沉沒，「伯明罕」號巡洋艦則倖存下來。在巡洋艦上，233名艦員犧牲，211人受傷嚴重，僅有25人受輕傷。航母上有108人犧牲，犧牲者主要是消防人員，190人受傷。其中，那些重傷員中，就有未來的「普林斯頓」號航母指揮官約翰·霍斯金斯船長，他當時被炸掉了一隻腳，但他急中生智，用一節繩子快速綁成一條止血帶。後來，當新的「普林斯頓」號航母建成時，安裝了假肢的霍斯金斯成功說服美國海軍，讓他擔任這艘噸位更大的「埃塞克斯」級航母指揮官，無論如何這都是一個奇蹟。
當「普林斯頓」號正在上演悲劇時，美軍另外兩支航母戰鬥群發現日軍戰艦正駛向錫布延海。於是，這兩艘航母在一天之內起飛了4個波次飛機前去攻擊。
日軍巨型戰列艦「武藏」號（與「大和」號並稱當時世界上最大的兩艘戰列艦，配備18.1英寸最大口徑主炮），被美軍擊中11條魚雷和19枚炸彈，在美軍飛機的下方慢慢打著圈，這是因為其轉向齒輪被卡住，最終沉沒。
起初，該艦指揮官年平井口海軍少將拒絕槍炮長有關使用主炮發射防空炮彈對付美機的請求，因為他認為這樣做會損傷炮管，但在遭到美軍魚雷一次又一次的攻擊後，年平井口終於同意了下屬的請求，命令所有9門18.1英寸口徑主炮齊射，由於反衝力巨大，日軍艦員還以為自己的航母又被擊中了一次。最終，日軍未能擊中一架美機，倒是把己方的一門主炮炮管給炸毀了。
在當時，很少發生戰艦直接被炮彈擊毀的事情，這是因為炸彈落下來可能會在裝甲鋼板上反彈，即便如此，「武藏」號也是時運不濟。
「有一枚炸彈直接擊中了指揮艦橋，造成了很大的殺傷，」一位目擊者回憶，「一時間這艘戰艦仿佛六神無主。不大會兒，廣播裡傳出來井口的聲音，他說艦橋上的所有人都已犧牲，他正在向第二艦橋轉移。緊接著，又一輪爆炸發生，這一次，井口再也沒有那麼幸運，他微弱的聲音從廣播裡傳來：『艦長受傷，副艦長接替指揮！』」
日軍其他戰艦同樣受損嚴重，重巡洋艦「妙高」號被迫返航。另外一艘巨型戰列艦「大和」號和戰列艦「長門」號均被擊中，但這兩艘戰艦繼續戰鬥。位於巴拉望島以南的海軍中將西村的部隊也被美軍航母艦載機發現，並遭到了狂轟濫炸，又有幾艘日艦被擊傷，但均未沉沒。
面對美軍的猛烈攻擊，慄田調轉了航向，這本是一種戰術機動策略，卻被哈爾西所誤判，以為美軍大獲全勝。在第38.1特混艦隊補充燃料之時，哈爾西帶領其餘三個大隊展開追擊。這是一個錯誤，違反了美軍戰前制定的計劃。根據計劃，第3艦隊將扼守聖貝納迪諾海峽，第7艦隊負責抗擊日軍南翼艦隊，守衛蘇裡高海峽。此時，聖貝納迪諾海峽赫然洞開，慄田再一次調轉航向，指揮他的艦隊在夜色掩護下穿越海峽。