Через несколько минут после появления в пределах видимости японские крейсера и линкоры открыли огонь. Это был первый случай, когда американские корабли попали под огонь 457-мм пушек. Первым пострадал авианосец «Уайт Плейнз». Разрыв близкого снаряда привел к потере управления. Прикрываясь от огня, авианосец поставил дымовую завесу, и это его спасло. Списав со счетов «Уайт Плейнз», японцы перенесли огонь на другие корабли.

Из всех классов кораблей эскортные авианосцы были самыми неподходящими для единоборства с тяжелыми надводными кораблями, особенно если те подошли на дистанцию артиллерийской стрельбы. Эти небольшие корабли представляли собой транспорты с оборудованной на них полетной палубой. Они не имели бортовой брони, а их артиллерия была незначительна Их скорость не превышала 17 — 18 уз. и значительно уступала скорости японских кораблей. Единственным оружием этих кораблей были самолеты. Однако размер их полетных палуб был много меньше, чем на тяжелых авианосцах, что делало подъем и посадку самолетов, особенно при энергичном маневрировании, весьма сложным занятием. А кораблям приходилось под градом тяжелых снарядов маневрировать постоянно.

Сразу после нападения японских кораблей адмирал Спрегью послал донесение (открытым текстом) адмиралу Кинкейду, сообщив свое место и то положение, в каком оказались его корабли. Кинкейд отлично понял опасность ситуации и, опасаясь за судьбу эскортных авианосцев и транспортов, немедленно выделил для отражения нападения японских кораблей три линкора, пять крейсеров и несколько эсминцев. Больше ничем помочь он не имел возможности — значительная часть его кораблей находилась в проливе Суригао. Кроме того, линкоры почти израсходовали боезапас, а на эсминцах торпед вообще не было. Это соединение вряд ли смогло бы облегчить ситуацию, в какую попали эскортные авианосцы. Но тем не менее выделенные корабли поспешили им на помощь.

Основную поддержку атакованной северной группе авианосцев оказали самолеты южной и центральной групп авианосцев. Они подняли в воздух все свои самолеты. Некоторое облегчение принес и внезапно налетевший дождевой шквал, на время укрывший атакованные авианосцы.

Японцы, обнаружив эскортные авианосцы, были несколько удивлены, поскольку считали, что тяжелые авианосцы из состава ОС-38 ушли на север для атаки соединения адмирала Озава, О присутствии в этом месте эскортных авианосцев они не знали и посчитали обнаруженные корабли за одну из групп адмирала Митшера. Поэтому они были вправе считать, что где-то рядом находятся и американские линкоры. Возможно, этим и объясняется некоторая нерешительность их действий. Неожиданная встреча, незнание ситуации, дождевые шквалы и эффективные дымовые завесы привели к тому, что бой превратился в свалку.

К моменту обнаружения американских кораблей японские линкоры шли кильватерной колонной во главе с «Ямато». По обеим сторонам от линкоров располагались шесть тяжелых крейсеров. Охранение из легких крейсеров и эсминцев шло впереди тяжелых кораблей. Обнаружив авианосцы, адмирал Курита постарался занять наветренное положение с тем, чтобы затруднить подъем самолетов с авианосцев, отходящих по ветру. Тяжелые крейсера «Тонэ» и «Тикума» увеличили скорость и стали выходить на левый фланг американских авианосцев. Эсминцы стремились выйти на правый фланг, а остальные японские корабли и крейсера шли на авианосцы кратчайшим путем. Эскортным авианосцам грозило окружение и полное уничтожение. Пытаясь спасти положение, в атаку на японские корабли вышли американские эсминцы из сил охранения авианосцев. В результате этой отчаянной атаки «Кумано» получил попадание торпеды, повредившей его носовую часть. Его скорость снизилась до 16 узлов. Однако эта атака стоила американцам потери трех кораблей.

Решительные действия американских эсминцев не помешали крейсерам «Тонэ» и «Тикума» зайти во фланг авианосцам и практически беспрепятственно расстреливать их. Авианосец «Фэншо Бей» получил шесть 203-мм снарядов и был значительно поврежден. Помимо подводной пробоины его полетная палуба пришла в негодность. Еще сильнее пострадал «Калинин Бей» — в него попало пятнадцать снарядов. Хуже всего было положение авианосца «Гэмбиер Бей». Оказавшись с наветренного края, он не был прикрыт дымовой завесой, и на него обрушилась вся мощь артиллерии двух тяжелых крейсеров. Корабль получил множество попаданий. Многие помещения корабля были затоплены, и его скорость снизился до 11 уз. После очередного попадания тяжелого снаряда он лишился хода и стал беспомощной мишенью. Сократив дистанцию до десяти кабельтовых, японские крейсера добили корабль. Он опрокинулся и затонул с большей частью команды.

Основную помощь авианосцам северной группы оказали самолеты двух других групп. Они, помимо организации атак своих самолетов, обслуживали и самолеты северной группы. Шесть самолетов с авианосца «Киткен Бей» удачно атаковали тяжелый крейсер «Могами». В течение одной минуты он получил девять попаданий 250-кг бомбами и получил тяжелые повреждения. Корабль потерял ход и горел. После снятия экипажа он был потоплен торпедой эсминца «Акэбоно». Четыре самолета с авианосца «Натома Бей» атаковали тяжелый крейсер «Судзуя» и добились двух попаданий торпед. Тяжело поврежденный крейсер лишился хода и был добит после снятия команды своим эсминцем «Оки-нами». Такая же судьба была еще у одного крейсера — «Тикума». После полученных тяжелых повреждений его добил эсминец «Новакэ». (Практика добивания своих тяжело поврежденных кораблей была характерна для японцев и для американцев, когда корабль терял ход, особенно если это происходило в зоне, контролируемой противником.)

Несмотря на потери крейсеров, японцы продолжали наседать на отходившие авианосцы. Их тяжелые крейсера вышли на левый траверз авианосцев и сократили дистанцию до 50 кабельтовых. Казалось, полное уничтожение северной, а затем и средней групп авианосцев — дело ближайших минут. С кормового курса приблизились японские линкоры. Попадание одного-двух тяжелых снарядов 356 — 457-мм калибра было достаточно, чтобы утопить эскортный авианосец, но тут произошло нечто непонятное для американцев — японские корабли прекратили стрельбу и вышли из боя.

Решение, принятое адмиралом Курита прекратить атаку против заведомо более слабого противника, кажется трудно объяснимым. Впоследствии историки уделили этому много внимания. (Легко судить поступки адмирала Курита спустя некоторое время и обладая всей информацией.) Суждения историков «post factum» о неумении Курита командовать не очень дорого стоят. Разумеется, он проиграл сражение. Еще до начала основной операции он лишился двух тяжелых крейсеров, а затем и линкора «Мусаси». Атаковав эскортные авианосцы и потопив один и три эскортных корабля, он потерял еще три тяжелых крейсера. Что и говорить — баланс явно не в пользу японцев. Однако попытаемся найти некоторые объяснения его поступку — все-таки Курита не был дилетантом.

Во-первых, Курита не знал, с какими авианосцами он имеет дело, и принимал их за корабли ОС-38. Он мог с полным правом предполагать, что американские линкоры находятся рядом. Потери трех тяжелых крейсеров и повреждения других кораблей смелыми атаками американских самолетов также произвели «должное впечатление». Он с полным основанием мог опасаться дальнейших потерь вплоть до полного уничтожения всего соединения. И он отступил. Однако несмотря на все оправдания, Курита совершил ошибку, и жертва авианосцев Озава в бою у мыса Энганьо была напрасной.