西村祥治中将统领的南路舰队由战列舰扶桑号、山城号以及最上号重巡洋舰和四艘驱逐舰组成。10月24日他们遭到空袭，但未受伤。由于南路舰队和中路舰队严守无线电静默，西村无法与栗田和志摩协调他们的步骤。当他于02:00进入苏里高海峡时，志摩在他后面约40千米，而栗田还在锡布延海，离莱特岛的海岸还有好几个小时。
他们刚刚开过帕纳翁岛就闯进了美国第七舰队为他们设置的圈套。杰西·奥尔登多夫少将的六艘老式战列舰(从西向东，分别是宾夕法尼亚号、加利福尼亚号、田纳西号、密西西比号、马里兰号、西弗吉尼亚号)、八艘巡洋舰(从西向东，分别是:什罗普郡、博伊西、菲尼克斯(以上3艘编成右翼巡洋舰群，面向南方);哥伦比亚、丹佛、明尼阿波利斯、波特兰、路易斯维尔号，以上5艘编成左翼巡洋舰群)、29艘驱逐舰和39艘**艇已经严阵以待。
由于美军缺乏在夜间作战的飞机，故只能用装备雷达的**艇来提供信息，20:50，美国**艇发现西村舰队，22:52-02:13期间，美军13个**艇分队分别向西村舰队发动**攻击，无一命中，美军**艇pt-493触礁沉没，但为第七舰队提供了大量情报。
03:00 ，美军第54驱逐舰中队第一部分3艘驱逐舰在7000-8000米距离上向西村舰队发起**攻击，共射出27枚**，1枚**击中扶桑号中部，扶桑号即刻落伍，随之右回转后撤，8分钟后全舰失去动力。
03:09，第54驱逐舰中队第二部分也发射了**，前导驱逐舰山云号首先中雷，随即发生大爆炸沉没，朝云号前主炮下方中弹，舰艏折断，航速下降至12节，命中战列舰山城和驱逐舰满潮相继中雷受伤，山城号前后命中2枚**，中后部主炮无法工作，但仍坚持前进。
03:45，落后的扶桑号中部燃料舱和3，4号主炮塔弹药舱发生大爆炸，舰体断裂，舰艏部分于04:20沉没，舰尾部分在1个多小时后也沉没。战后谁也不知道扶桑号上发生了什么，因为全舰无一幸免，阵亡人数在1400-1600之间。
03:50 ，美军战列舰、巡洋舰编队采用海军炮战经典战法，排成两列t字横队(战列舰在后，距离20000米，巡洋舰在前，距离14000米)，用全正面交叉火力在雷达引导下共发射大口径主炮炮弹245发，巡洋舰发射炮弹4000多发，第56驱逐舰中队也对其进行**攻击，共命中**2枚，顷刻间，山城号剧烈燃烧并发生爆炸，舰桥崩塌，并于04:19沉没，西村中将以下除10人被美军救起外，其他均随舰葬身鱼腹(作为对比，整个海战西村舰队损失的战舰上，幸免的合计仅有26人)。最上号也中弹多处，其中防空指挥所被直接命中，舰长，副长，航海长等几乎所有的高级军官全部被炸死，只好由炮术长荒井大尉代理指挥。时雨号驱逐舰也有5处受创。