美軍抽出7艘驅逐艦組成一個反潛巡邏隊，從10月20日開始，在通往萊特灣的蘇里高海峽北部進行不間斷的巡邏。不久，又派出魚雷艇隊在該海峽南部和中部進行巡邏，從而加強了這裡的防禦。10月24日，發現正在接近的日軍南部編隊後，萊特灣內可以投入戰鬥的39艘魚雷艇均被派往海峽南口去執行巡邏任務。
每3艘魚雷艇為1組，按一定間隔配置在驅逐艦警戒點以南，靠近保和海水域。24日上午，金凱德司令官向第7艦隊下達預先號令，準備抵抗日本水面艦艇部隊的夜襲。3小時後，他命令奧爾登多夫將軍派炮戰艦隻去封鎖蘇里高海峽北口。金凱德確信，第3艦隊正準備抗擊從北面來襲的日本艦隊，所以他把第7艦隊的炮火支援艦隻(舊式戰列艦6艘、重巡洋艦和輕巡洋艦各4艘以及驅逐艦21艘)全都派去封鎖蘇里高海峽。
美軍在兵力上佔極大優勢，奧爾登多夫不僅決心要擊退敵人的來襲，而且要將其全殲。但因缺少穿甲彈，就打算在近距離實施短促的炮戰。美軍準備參戰的戰列艦多是珍珠港襲擊時被擊毀，後來修復的艦隻，配置在驅逐艦警戒線的北面，在海峽北口待機。這樣配置，既可使己方的戰列艦群能有寬闊的水域進行機動，又可使從南面來襲的日本艦隊受到狹窄海峽的限制，難以機動。必要時，美戰列艦群還可迅速轉移，以掩護萊特灣東口。奧爾登多夫命令巡洋艦在戰列艦的兩翼展開，並將驅逐艦配置在兩翼的前面，以便對敵實施魚雷攻擊。這樣，企圖從南面進入蘇里高海峽的日本編隊，必將首先遇到龜雷艇的襲擊，接著遭到驅逐艦的魚雷夾擊，最後，還將遭到已經佔領T字橫頭陣位的戰列艦群和巡洋艦群的艦炮突擊。
西村部隊在志摩部隊前方航進，相距40海里，橫渡保和海，闖入美軍嚴陣以待的伏擊海域。這兩支日軍雖然奉命協同作戰，但是他們的指揮官之間沒有直接進行通訊聯絡。志摩還不知道他已被美陸軍轟炸機發現，仍然保持著無線電靜默，企圖率其增援部隊突入萊特灣，給美軍以突然襲擊。此外，志摩所以避免與西村進行無線電聯絡，還因為他的資歷比西村深。如果西村海軍中將知道志摩親自出徵，按照日軍的條例，這兩支部隊的戰術指揮必經由志摩負責。但是，志摩覺得，他對這次作戰的計劃並不詳細瞭解，在這關鍵時刻改變指揮關係可能引起混亂。而西村又有他自己的一套打法，願意單獨行動。
24日晚，西村獲悉慄田部隊在錫布延海受到大規模空襲，前進受阻，難以按照原定計劃到達萊特灣。西村為了在天亮前進入萊特灣，而把行動時間提前。自10月24日23時至25日2時西村部隊受到美魚雷艇的襲擊。這些魚雷艇雖然缺乏戰鬥經驗，發射的魚雷沒有擊中日艦，但是他們卻對奧爾登多夫掌握敵情起了巨大作用。魚雷艇隊把西村部隊進入海峽的情況，隨時向上級作了報告。
25日2時30分，美5艘驅逐艦投入戰鬥，這是蘇里高海峽的一次主要戰鬥。向魚雷艇隊發出撤離戰場的訊號後，驅逐艦部隊分為兩個分隊沿蘇里高海峽全速南下，從東西兩個方向對敵艦發射47條魚雷，接著又施放煙幕，爾後退出戰鬥。驅逐艦部隊雖然受到日本艦隊的猛烈炮擊，但是沒有受到任何損失。在這次戰鬥中，西村部隊的2艘戰列艦被擊傷，1艘驅逐艦被擊沉，另有2艘驅逐艦被擊傷。“扶桑”號戰列艦因受傷而退出佇列，不久發生爆炸，艦體折斷沉沒。西村的旗艦“山城”號戰列艦雖被擊中1條魚雷，但仍在“最上”號重巡洋艦和“時雨”號驅逐艦的掩護下繼續前進。
這時，奧爾登多夫實施連續突擊，首先派出右翼驅逐艦分隊，接著又派出左翼驅逐艦分隊進行魚雷攻擊。結果，又有3條魚雷命中“山城”號戰列艦，並擊沉1艘已經喪失機動能力的驅逐艦。3時51分，當西村餘部離美軍主力艦隻的配置線已經不到21000米時，奧爾登多夫的巡洋艦群首先開炮；1分鐘後，戰列艦發現目標也接著開炮。18分鐘內，共發射406毫米和356毫米炮彈約300發，208毫米和152毫米炮彈4000餘發。在美軍炮火的猛烈轟擊下，“山城”號戰列艦開始下沉，“最上”號重巡洋艦重傷起火，幾乎完全喪失了機動能力；向右轉舵的“時雨”號驅逐艦被擊中1發炮彈，但未爆炸，另有數發近失彈將該艦炸傷。4時09分，奧爾登多夫得知，正在撤出戰鬥的左翼驅逐艦分隊受到友軍的誤擊，則下令停止火炮射擊。“艾爾伯特·格蘭特”號驅逐艦遭到友軍艦和敵艦的夾擊，中彈19發，有34名艦員死亡，該艦已喪失戰鬥力。在這次戰鬥中，這是美軍受到的唯一損失。
這時，志摩部隊一面抗擊魚雷艇隊的襲擊，一面向前突破。美魚雷艇發射的1條魚雷擊中“阿武畏”號輕巡洋艦，使其航速降到10節。這時向北望去，只見一片濃密的硝煙沖天而起，透過瀰漫的煙霧依稀可見射擊的閃光和曳光彈呈弧形掠過天空。4時10分，艦炮射擊停止，志摩部隊從已被炸成兩截、還在燃燒的“扶桑”號旁邊透過。志摩以為這是“扶桑”、“山城”兩艘戰列艦的殘骸。10分鐘後，志摩發現右前方一艘軍艦起火，似乎停在海上不動，後來認出這是“最上”號重巡洋艦。緊接著，雷達發現前方有目標，志摩命令驅逐艦前去攻擊，而他自己則立即右轉90度。這樣，既可使己艦發射的魚雷不致於誤傷“最上”號，又可使己艦不因友艦射擊的火光而暴露目標。志摩的旗艦“那智”號重巡洋艦轉入新航向照直前進時，與“最上”號相撞。當時，“最上”號正以8節的航速向南航進。
志摩立即命令驅逐艦返航，然後率領所部在受傷的“時雨”號和起火的“最上”號後面跟進，開始沿著海峽向南撤退。顯然，志摩部隊已經中了美軍的埋伏。志摩認為沒有必要使自己的部隊也像西村部隊那樣遭到被殲的命運。他收到中央編隊的最後一份電報是：慄田部隊在錫布延海向西撤退，後來再未得到北部編隊的任何訊息。在這種情況下，志摩認為，暫時撤退是上策，以期另尋有利戰機，協同慄田部隊和小澤部隊再次對萊特灣之敵進行夾擊。
雷達發現志摩部隊開始撤退後，奧爾登多夫立即派出巡洋艦和驅逐艦進行追擊。在晨曦中，美軍終於用目力看清了成縱隊撤離戰場的日軍南部編隊，航行在最後的就是“最上”號重巡洋艦。美艦對已受傷的“最上”號開炮，再次使其起火；爾後，退出戰鬥，以規避日艦的魚雷攻擊。後來，有幾艘美艦遇到西村部隊的一艘受傷的驅逐艦，將其擊沉。日軍南部編隊的殘存艦隻——巡洋艦4艘和驅逐艦5艘，突破美魚雷艇隊的伏擊，奪路撤到保和海。第7艦隊護航航空母艦編隊又派出艦載機前往保和海對日艦進行追擊，終於使遍體鱗傷的“最上”號喪失機動能力。艦員離艦後，日軍自己將其擊沉。西村部隊只剩下“時雨”號這一艘驅逐艦，還被打得瘡痍滿目；而出摩部隊僅有“阿武畏”號遭到重創，其餘艦隻均可繼續作戰。
正當美軍追殲殘敵的時候，奧爾登多夫收到一份令人震驚的敵情通報：慄田率領的中央編隊已經突破聖貝納迪諾海域，在薩馬附近海域出現，正在對第7艦隊最北面的幾艘航空母艦實施突擊。奧爾登多夫下令立即停止追擊，迅速集結兵力。同時他又命令剛突襲過“最上”號的護航航空母艦的艦載機到塔克洛班加油，爾後立即前去襲擊慄田部隊。
金凱德陷入困境之中，他知道整個第3艦隊遠在北方，在短時間內難以得到它的支援。他還考慮到，志摩部隊雖已撤離，但有可能再次突破蘇里高海峽，前來襲擊美國的登陸輸送隊。因此金凱德命令奧爾登多夫帶領其部隊急速返回萊特灣，以便同時掩護該灣南面和東面的兩個入口。奧爾登多夫將其兵力一分為二，令一部分兵力向東，前去約25海里的海域，以支援遭到日軍突擊的護航航空母艦大隊。其實，這種辦法也起不了多大作用。即使派去的艦隻能夠及時趕到作戰海域進行支援(這種可能性不大)，由於艦上的穿甲彈所剩無幾，也難以進行追擊，未必能夠達到支援的目的。