栗日见状，心中十分震惊。天这么亮，美机还可以来袭几次，而在前面的海峡中是无法躲避的，弄不好舰队会成为瓮中之鳖。想到这里，他不由心惊胆战，命令舰队掉转航向退口。他电告丰田司令长官道：“在此情况下，如果我们按原计划前进，那么，我们只不过是使自己成为敌之盘中肉，我们几乎没有把握成功。因此，我们认为，暂时撤至敌机航程之外是上策，待陆基友机给敌军以决定性一击以后再行定夺下一步的行动。”
可是，栗田西航1 小时后，却未见敌机追杀，又打消了后撤的念头，决定回转航向向圣贝纳迪诺海峡挺进。17 时15 分，他的舰队再次转向，排成纵队小心翼翼地在马斯巴特和布里亚斯两岛间航行。
在栗田一退一进之时，“武藏”号战列舰已走入地狱之门了。
黄昏时，“武藏”号彻底瘫在海上。猪口下令全体舰员离舰。甲板上堆满了血肉模糊的尸体，令人惨不忍睹。
19 时35 分，巨鲸一般的庞然大物“武藏”号战列舰翻转着它那263 米长的身躯，带着遍体伤痕，终于沉入海藻丛生的海底。
在这次海战中，除了“武藏”号倾覆外，它的姐妹舰“大和”号战列舰，以及“长门”号战列舰、“矢矧”号轻巡洋舰也被重创。栗田舰队实力大为削弱。
菲律宾东部海海战
还在哈尔西的飞机准备飞往锡布延海时，美军雷达观察到了有3 个庞大的敌机群，正从西南方向迅速接近。哈尔西果断地让“爱塞克斯”号、“普林斯顿”号、“列克星敦”号和“朗利”号航空母舰的飞机改变进攻目标，截击敌机群，其余各航空母舰上的飞机则继续飞往锡布延海攻击栗田。因此，在锡布延海海空战的同时，菲律宾东部海域也在进行着一场你死我活的大空战。
最先拦击日机群的是从“爱塞克斯”号起飞的美机群。由于日军富有作战经验的老飞行员在中途岛以来的历次战斗中已经几乎丧失殆尽，新飞行员又因燃油缺乏大大影响了训练质量，战斗素质普遍很差。所以，战斗开始不久，日军就失去了进攻的势头，渐渐陷入被动，被美军舰载机打得落花流水。麦克坎贝尔海军中校在半小时之内就击落9 架日机，创太平洋战争中单机一次击落日机的最高纪录。
日机仓惶逃窜，美军紧迫不舍，几乎一直追到马尼拉才返航。