1944年10月的莱特湾海战中，日本企图用已经没有多少舰载机可用，基本成为空壳的日军航母机动部队充当诱饵吸引美国海军主力。
而日军主力战列舰舰队则从文莱港出发，通过巴拉望水道——民都洛岛——锡布延海——圣贝纳迪诺海峡，最后抵达美军在菲律宾的登陆场莱特湾，和经过苏禄海—苏里高海峡赶来的西村祥治的舰队兵合一处，用舰炮击溃美军登陆部队。这也就是日军莱特湾的整体计划。虽然日军航母机动部队已经在3年的鏖战中损失殆尽，但是日军的战列舰舰队却依旧保有相当的实力。作为主力的栗田舰队兵力包括当时世界最强大的“大和”级战列舰“大和”号和“武藏”号，另有“Big7”之一的“长门”号战列舰，两艘“金刚”级战列舰“金刚”号和“榛名”号，四艘“爱宕”级重巡洋舰等，攻击战列舰五艘，重巡洋舰10艘，轻巡洋舰5艘，驱逐舰15艘的庞大阵容。如果放在1941年，这么一支舰队会令美军大为头痛。
但是在1944年这个航空母舰与舰载航空兵已经统治海洋的时代，这支大舰巨炮舰队等来的不是光荣的对决，而是航母舰载机的无情打击：他们甚至都没有机会看到敌舰的影子。1944年10月22日，栗田舰队驶离文莱港，一路上都进行着小心的警戒，行至巴拉望水道，这里海况复杂，暗礁密布，非常适合潜艇伏击。果不其然，在23日，美军潜艇海鲫号和鲦鱼号对日军舰队发难，直接击沉日军“爱宕”号和“摩耶”号两艘重巡洋舰，“高雄”号被打成重伤，只得返回文莱。其中“爱宕”号还是栗田舰队的旗舰，栗田不得不跳海逃生，后来被友军捞起，把指挥机构转移到了“大和”号上。
通过这两艘潜艇，美军也发现了日军的主力舰队，随即在24日，美军第38特混舰队的第2.3.4特混大队的5艘大型航母和6艘“独立”级轻型航母对栗田舰队进行了大规模的空袭。栗田虽然摆出防空轮型阵进行抵抗，但是这个时候美军不管是舰载机质量还是飞行员素质都已达到巅峰，而日军军舰自己的防空系统并不算好。在蜂拥而至的美军舰载机攻击下心有余而力不足。
美军很快就注意到了日军舰队中的两艘巨大的“大和”级战列舰，并把目标集中于这两艘巨舰上。美军对着“大和”和“武藏”号投掷炸弹和鱼雷。其中处于防空阵中心的“大和”号并受损，而“武藏”号则成为了美军的集火目标。武藏虽然用自身高炮和主炮发射的对空特殊弹药“三式弹”进行还击，但是根本无法阻止美军的空袭。在美军第二波空袭中就支持不住，挨了两发炸弹，五发近失弹，左舷三条鱼雷。“武藏”开始进水，家长舰艏被炸，导致航速下降，开始掉队。在第四波空袭后，面对航速已经下降到无法跟上大舰队的“武藏”，栗田只能下令让其在一艘驱逐舰的陪同下返航，但是谁都知道这其实就是丢下它让其自生自灭。
锡布延海海战的高潮无疑就是美军舰载机击沉“武藏”号，美军发现“武藏”号离队之后根本没打算放过它，而失去了舰队掩护的，形单影只的“武藏”号面对美军的空袭，只能是听天由命。在当天第五波也是最后一波的空袭中，“武藏”号被命中10多枚炸弹和10多条鱼雷。彻底失去动力并开始下沉，最后于傍晚侧翻，沉入海底。
是役，美军以极小代价击沉了日军两艘重巡洋舰，一艘战列舰，另外重创一艘战列舰。极大地削弱了日军舰队的实力，颇为讽刺的是，日军在战前一直想着对美国人进行“九段渐减邀击”战术，结果这套战术最后却是美军成功运用到了日军头上。甚至一度逼着栗田舰队掉头撤走。
而这一战的最大意义是彻底宣告了战列舰时代的结束：世界上最大最强的战列舰，在航母舰载机的空袭下，纵然攻高防厚，最后也在一波波空袭下被击沉。而空袭一方甚至没有损失几架飞机。之后，就再也没有人怀疑航空母舰对海洋统治的霸权了。