Некоторые японские офицеры предпочитали нанести удар по обнаруженным ими силам, которые они принимали за главные авианосные силы противника, вместо того чтобы пытаться уничтожить суда с войсками и грузами в заливе Лейте, Но Курита думал иначе. Он понимал, что ему неоткуда ждать авиационной поддержки, а веру в эффективность зенитной артиллерии своих кораблей он давно потерял. Но он также понимал, что боя избежать нельзя. При сложившихся обстоятельствах ему следовало перестроить боевой порядок соединения и под прикрытием линейных кораблей и тяжелых крейсеров выслать легкие крейсера и эсминцы в торпедную атаку. Вместо этого Курита приказал всему соединению, перестраивавшемуся в это время в ордер ПВО, атаковать противника. Это была фатальная ошибка. Отряды кораблей стали по своему усмотрению делать повороты и следовать на сближение с американскими силами, причем более быстроходные корабли вырвались вперед. В 06,58 корабли соединения Курита открыли огонь.
Спрэгью был удивлен встречей не меньше Курита. Он приказал группе повернуть на восток, чтобы привести противника на выгодный курсовой угол и, используя юго-восточный ветер, поднять самолеты. Затем последовал приказ поднять самолеты в воздух, вооружив их всем, что имелось на авианосцах. Когда разрывы японских снарядов стали угрожать авианосцам, Спрэгью приказал поставить дымовые завесы и направил корабли под прикрытие проходившей поблизости дождевой полосы. Одновременно он открытым текстом запросил о помощи, так как понимал, что его небольшие авианосцы и слабенькие корабли охранения ни при каких условиях не могут соперничать с быстроходными, крупными японскими кораблями.
Дальше началось беспрецедентное в военно-морской истории преследование, которое окончилось совершенно неожиданно. Скрытая дождем группа Спрэгью повернула на юг в направлении залива Лейте в надежде на помощь артиллерийских кораблей 7-го флота, которые, по мнению Спрэгью, должны были подойти. Вскоре группа вышла из дождевой полосы и вновь оказалась на дистанции видимости японских кораблей. Но Курита не воспользовался представившейся возможностью отрезать путь группе и уничтожить ее. Вместо этого он продолжал некоторое время вести свое соединение прежним курсом, на восток, намереваясь помешать американским авианосцам повернуть против ветра для подъема самолетов.
К. 08.00 японские линейные корабли и тяжелые крейсера стали настигать группу Спрэгью с кормы, в то время как другая группа тяжелых крейсеров приближалась с левого борта. В результате Спрэгью вынужден был отвернуть на юго-запад. Около 09.00 четыре эсминца и легкий крейсер противника выдвинулись и заняли позицию на кормовых курсовых углах правого борта группы Спрэгью, угрожая полным окружением. Вскоре три эсминца, к которым затем присоединились три эскортных миноносца, предприняли ряд отчаянных торпедных атак с одновременным ведением артиллерийского огня по отдельным группам японских кораблей.
Первая атака эсминца "Джонстон" увенчалась успехом. Тяжелый крейсер противника "Кумано" получил попадание одной торпедой и вышел из строя. В последовавших атаках были торпедированы тяжелые крейсера "Тёкай" и "Тикума". Однако самым важным результатом этих атак было то, что японский флагманский корабль "Ямато", а за ним и второй линейный корабль повернули на север, чтобы избежать попадания торпед. Это позволило авианосцам Спрэгью оторваться от кораблей Курита, который, потеряв противника из виду, так и не смог разобраться в создавшейся тактической обстановке.
Во время атак японских кораблей американский эсминец "Хоул", получивший более 40 попаданий снарядами, потерял ход, экипаж оставил его, и он превратился в неподвижную мишень для японских кораблей. Несколькими минутами позже эскортный миноносец "Робертс", поврежденный крупным снарядом, перевернулся и затонул. Тяжело поврежденный, израсходовавший запас торпед эсминец "Джонстон", видя, что четыре эсминца и легкий крейсер противника идут в торпедную атаку на авианосцы, пошел на сближение с ними, ведя интенсивный артиллерийский огонь. В результате японские корабли выпустили торпеды преждевременно, не причинив авианосцам никакого вреда. Затем японские корабли окружили "Джонстон" и потопили его артиллерийским огнем. К этому времени два оставшихся эскортных корабля группы Спрэгью также были повреждены артиллерийским огнем противника.
Шесть эскортных авианосцев не могли прикрываться дымовыми завесами, ибо огонь тяжелых японских крейсеров заставил их идти по ветру. Поэтому сначала снаряды тяжелых крейсеров, шедших по корме левого борта авианосцев, а затем и обоих следовавших за ними линейных кораблей стали достигать цели. То, что не все авианосцы группы Спрэгью были потоплены, является следствием трех основных причин: плохая стрельба японских кораблей, отличные действия экипажей авианосцев в борьбе за живучесть и использование противником бронебойных снарядов, которые пробивали небронированные авианосцы не взрываясь. Авианосец "Гэмбиер Бей", получивший тяжелые повреждения, потерял ход, накренился и в 09.07 перевернулся и затонул.
Самое решительное противодействие кораблям центрального соединения Курита оказала авианосная авиация. Торпедоносцы, бомбардировщики и несущие бомбы истребители с авианосных групп К. Спрэгью и Стампа, к которым постепенно прибывало подкрепление с острова Лейте и с авианосной группы Т. Спрэгью, наносили по противнику почти непрерывные удары. Израсходовав боеприпасы, самолеты делали холостые заходы с целью отвлечь внимание противника или садились на палубу авианосцев Стампа или на взлетно-посадочную полосу в Таклобане. В результате тяжелые крейсера "Тёкай", "Тикума" и "Судзуя" были тяжело повреждены и затонули. Среди кораблей центрального соединения, которые в соответствии с наставлением по уклонению от атак самолетов маневрировали самостоятельно, усиливалось замешательство.
Курита, который потерял соприкосновение с авианосной группой К. Спрэгью и с большинством отрядов своих сил, решил, что корабли противника ускользнули и ему пора навести порядок в своем соединении. Поэтому в 09.00 с линейного корабля "Ямато", шедшего в северном направлении со скоростью 20 узлов, кораблям соединения по радио было приказано идти, на сближение с ним. Получив этот сигнал, два японских тяжелых крейсера почти на виду у американских авианосцев развернулись и пошли на сближение с "Яма-то". То же сделали и два линейных корабля, следовавшие за крейсерами. Выдвинувшийся вперед дивизион эсминцев, перед тем как повернуть, задержался, чтобы уничтожить эсминец "Джонстон".
Корабли группы К. Спрэгью, у которых действия противника вызвали недоумение (казалось, всего несколько минут назад он имел все преимущества), взяли курс на находившийся от них в 25 милях залив Лейте.
