锡布延海海战
24日9时稍过，戴维森大队派出的侦察机在苏禄海发现日军南部编队的先头部队——西村部队，并立即予以袭击。结果，“扶桑”号旧式战列舰和1艘驱逐舰受轻伤，但是都未减慢航速。此后不久，第5航空队的轰炸机也在苏禄海发现了南部编队的后续舰队——志摩部队。金凯德认为这两个舰群同属一个编队，并正确地判断出，这支编队的前进目标是经由苏里高海峡驶往莱特湾。因此，已经采取措施，加强了莱特湾靠近苏里高海峡一带的防御。
这时，哈尔西得知，在离此地很远的北方，也出现一支更大的日军编队，因而对这支兵力较小的南部编队就没很重视。8时10分，博根大队的1架飞机发现，栗田率领的中央编队正要进入锡布延海。哈尔西把日军的南部编队留给金凯德及其第7舰队去对付，则命令戴维森和谢尔曼两个大队以最快航速向位于中间的博根大队靠拢，企图以其全部航空兵力来挫败栗田部队的进攻。同时他命令麦凯恩大队立即返航，抓紧时间在海上进行加油，尔后待命。
10月24日，从第3舰队3个特混大队的航空母舰上先后起飞5批飞机轰炸栗田舰队。尽管日军中央编队这时没有任何空中掩护，但是仍然坚持横渡锡布延海，问圣贝纳迪诺海峡方向突破。15时许，栗田部队的4艘战列舰均中弹负伤，“妙高”号重巡洋舰丧失作战能力，已向西撤退。尤其是“武藏”号超级战列舰先后多次被鱼雷和炸弹击中，已远远落在战斗序列之后。这天的最后一次突击集中袭击了已遭重创的“武藏”号。该舰被击中19条鱼雷和l7颗炸弹，终于倾覆，连同舰上残存的半数舰员(1100人)一起沉入锡布延海。
得不到空中支援而遭到美军航空兵力猛烈袭击的栗田，在无线电里叫苦不迭，后来只好命令其中央编队改变航向，暂时西进。
空袭谢尔曼特混大队
栗田部队之所以没有得到航空支援，是因为吕宋岛的日军航空司令部认为，只有以岸基航空兵直接袭击美航空母舰特混大队才能更加有力地支援中央编队。日军突击培训出来的飞行员也认为，与其在己方航空母舰上空打击美机，不如等待战机，由岸上突击美方航空母舰。因此，10月24日晨，吕宋岛基地的侦察机发现谢尔曼特混大队后，日机立即倾巢出动，对其进行突击。