盟军先头部队于1944年10月17日开始在莱特湾口的苏卢安岛登陆后，日联合舰队为了准备进行“捷1号”作战(见莱特海战)，便命令其第1游击部队进至文莱待命。这支部队在栗田健男海军中将指挥下，于10月18日1时离开新加坡附近的林加锚地，20日驶抵文莱进行补给。栗田已知联合舰队将以第1游击部队歼敌登陆编队的作战预案，遂于21日在“爱宕”号旗舰上召开作战会议，最后确定了行动计划。22日8时，栗田率领第1游击部队主力(战列舰5艘、巡洋舰12艘、驱逐舰15艘)从文莱出发，向北航进。
23日晨，当栗田编队进至巴拉望岛以西海面时，于6时30分至7时之间受到美潜艇的袭击。旗舰“爱宕”号和“摩耶”号重巡洋舰被击沉，“高雄”号重巡洋舰因受重创而中途折返。栗田改以“大和”号战列舰为旗舰率队继续北进。4日清晨，经民都洛海峡驶向塔布拉斯海峡，他已意识到正向美军快速航母特混编队的舰载机作战半径逐步接近。
这时，美海军上将哈尔西正以“新泽西”号战列舰为旗舰随他的四个航母特混大队之一的博根大队一起行动。24日8时许，博根大队的一架侦察机发现栗田编队即将进入锡布延海。哈尔西知此情况后，除指示麦凯恩航母特混大队仍按原来计划抓紧时间进行海上加油外，则令戴维森和谢尔曼两支航母特混大队速向位于吕宋岛东南海域的博根大队靠拢。于是，哈尔西指挥这3个大队对栗田编队一次接一次地进行空袭。
10时30分许，美军的12架轰炸机、12架鱼雷机和21架战斗机飞临栗田编队上空进行轰炸。“妙高”号重巡洋舰受创离队，后于25日驶入科龙港。1颗炸弹落在“武藏”号战列舰的1号炮塔上盖上被弹了出去；1颗炸弹落到该舰舰首近旁，将水线下的舰首钢板炸裂，少许漏水。接着，有3架鱼雷机对“武藏”号投射鱼雷，其中2条从该舰下面穿过，1条击中其右舷后部，使第7、第11锅炉舱略有漏水，未影响机器运转。
12时刚过，约30架美机再次来袭。这次集中攻击“大和”号、“武藏”号2艘战列舰。投向“大和”号的炸弹和鱼雷都被规避了过去，而“武藏”号却被击中2颗炸弹和3条鱼雷。由于舰内进水和机舱起火，一部主机停转，舰首的吃水加大了2米，“武藏”号的航速略有降低。
将近13时30分，又飞来约50架美机进行第3次空袭。除“矢矧”号驱逐舰被击伤外，“武藏”号又被击中5条鱼雷、4颗炸弹，它的舰首几乎已经接近水面，航速大减，开始掉队。
约于14时30分，50余架美机进行第4次空袭。“大和”号的左锚链舱中弹，上中下三层甲板均被击穿。其舰首左舷水线下出现两个破口，灌进大量海水，舰首部吃水增大约80公分。“武藏”号这次虽未受到攻击，但因航速降低已远远落在编队的后面。栗田命令“武藏”号在“清霜”号驱逐舰(后又增派“利根”号重巡洋舰)的护送下返回科龙，尔后驶往马公。
15时许，约75架美机开始进行第5次空袭。除“长门”号战列舰被击中2颗炸弹外，这次集中攻击“武藏”号，有11条鱼雷、10颗炸弹直接命中该舰，还有6颗炸弹在其近旁爆炸。为其担任警戒的“利根”号重巡洋舰和“清霜”号驱逐舰分别被击中2颗和1颗炸弹。至此，“武藏”号已被击中19条鱼雷和17颗炸弹，由于航行困难，已无法驶往科龙，则向南蹒跚而行，准备开到锡布延岛北岸抢滩。但因舰内灌进的海水越来越多，横倾约30度，便于当日19时35分沉没于北纬13度7分、东经122度32分水域。
在这5次空袭中，美军共出动259架舰载机，以损失18架的代价，击沉日军的战列舰1艘，击伤战列舰、巡洋舰和驱逐舰各2艘。栗田编队始终没有得到空中掩护。因为吕宋岛日军航空部队司令官福留繁海军中将认为，只有以航空兵直接攻击美航母编队才是支援栗田编队的最好办法。24日晨，日第6岸基航空部队(驻吕宋岛)的一架侦察机发现谢尔曼航母特混大队，指挥官便令其所属飞机几乎倾巢出动(190余架)。谢尔曼特混大队的舰载机正准备起飞参加对栗田编队的第2次空袭时，得知有一批日机向本队飞来，谢尔曼将军决定轰炸机和鱼雷机暂缓出击，立即送回机库，命令所有的战斗机起飞应战。而航母大队本身则以全速驶入云雨区，暴风雨使来袭的日机未能发现目标。日机群离去后，美航母大队从暴雨区中驶出准备回收飞机时，1架日机从云隙中俯冲下来，对“普林斯顿”号轻型航空母舰实施攻击。1颗250公斤的炸弹命中飞行甲板中部，穿透1架鱼雷机在机库甲板和中甲板之间爆炸。汽油从炸坏的飞机中向外飞溅，火势迅速蔓延。因推迟出击而停放在机库甲板上的6架鱼雷机，都挂着鱼雷并装满了燃油。猛烈燃烧引起所挂的鱼雷先后爆炸。后来，油舱和弹药舱也发生爆炸，已无法挽救。谢尔曼大队长便令“普林斯顿”号舰长弃舰，并派附近的巡洋舰以鱼雷将其击沉。
栗田编队尽管没有得到直接的空中护掩，还是坚持横渡锡布延海。但在受到第5次空袭后，栗田于15时30分许命令各舰转向180度，暂向西进，以免在天黑之前进入狭窄海域可能受到更大的损失。此后未再遭受空袭。17时后，栗田又率队转向东进，以便穿过圣贝纳迪诺海峡去完成所领受的任务。通常把这一天在锡布海所发生的战斗称为锡布延海海战。