15時55分，這艘“永不沉沒的戰列艦”翻轉著它那龐大的身軀，帶著遍體鱗傷沉入了錫布延海，長眠在那海藻叢生的海底，為“武藏號”陪葬的艦員近2500人。
此時，日軍艦隊雖然遭到了重創，但整個艦隊仍具有相當強的戰鬥力。為暫時避開美軍的攻擊，栗田中將下令：“緊急撤退！”實際上是為了給哈爾西製造一個假象。
16時22分，哈爾西得知日艦隊撤退的消息後，便判斷日本人損失慘重，正在落荒而逃。他們已不可能對美登陸部隊構成任何威脅了，因而也就沒有進行正準備實施的第六次空襲。可是，一直沒發現日本人的航空母艦，卻使哈爾西焦急不安。日本人的航空母艦究竟在哪兒？
此時，正在向南急駛的小澤心急如焚，因為他得知栗田艦隊已經遭到美機猛攻後，就一再發出明碼電報，以期引起哈爾西的注意。然而，哈爾西的飛機正在猛烈地轟炸栗田，根本沒有發現小澤這塊送到嘴邊的“肥肉”。“誘餌”不靈，小澤也隻好豁出去了，主動發起攻擊。
10月24日下午15時，小澤幾乎出動了全部作戰飛機，向美軍第三艦隊的一支輕型航空母艦特混艦隊大模大樣地發動襲擊。
當第一攻擊波60餘架飛機抵達美艦隊上空時，這支輕型特混艦隊僅從“埃塞克斯號”上起飛了7架“惡婦”式戰鬥機迎戰，其餘不適於空戰的艦載攻擊機隻好像擺設一樣整齊地排放在飛行甲板上。
可就是這不起眼的7架戰鬥機，卻發揮了巨大作用。美軍飛行員幾乎是個個身手不凡，在半小時的空戰中，戴維·麥克坎貝海軍中校和他的僚機羅伊·拉辛格上尉擊落了15架日機，麥克坎貝獨自擊落9架，創造了太平洋戰爭中一次戰鬥單機擊落敵機的最高紀錄。
可7架飛機畢竟無法完全擋住60餘架飛機的攻擊，有近20架日機飛抵“埃塞克斯號”上空。但是，這些剛剛補充的新飛行員水平確實太差，他們投下的炸彈竟然沒有一枚命中，隻是圍著美艦激起了無數衝天的水柱，美艦卻毫無損傷。
第二攻擊波的80架飛機為了取得戰果，集中全力攻擊了“普林斯頓號”輕型航空母艦。這艘艦上僅有的8架戰鬥機全部升空，美軍飛行員憑借其飛行技能和機載武器火力的優勢，一下子就擊落20架日機。艦載高射炮密集的防空火力也擊落10架日機。
一位戰鬥機飛行員卡爾·布朗海軍上尉說：
我們將80架日機拖住了15分鍾……擊落了28架。按說，我們不能用8架“惡婦”式戰鬥機去對付80架敵機，但在它們攻擊我們軍艦的時候，我們必須首先攻擊它們。我們開足油門，緊追不舍，用一切火力射擊。
然而，這些勇敢的美國飛行員仍未能挽救這艘航空母艦的命運。在一片不太引人注意的雲層裏，一下子鑽出了8架日本俯衝轟炸機。它們一出現便開始俯衝攻擊，美軍根本來不及做出反應，便有3枚重磅炸彈落在了這艘巨艦的飛行甲板上。
恰好有一枚穿透甲板鑽進機庫爆炸，並引爆了機庫內6架已掛上魚雷的 “複仇者”式魚雷攻擊機，頓時燃起了衝天的大火。不一會兒，又一聲“轟隆隆”的巨響，“普林斯頓號”尾部的魚雷庫被大火引爆，這艘倒黴的巨艦，頃刻間就在近千名艦員的陪同下一起沉入了波濤洶湧的大洋。
這是兩年前所羅門海空戰中“大黃蜂號”被擊沒以來，美國損失的第一艘航空母艦。
17時整，有“蠻牛”之稱的哈爾西得到了日艦載機襲擊“埃塞克斯號”的消息後，立即率龐大的特混艦隊高速北上。此時，他一心隻想著要擊毀日本人的航空母艦，根本不知道日本航空母艦實際上是紙老虎，艦上幾乎沒有飛機了。
他認為，日本航空母艦是他最重要的攻擊目標，而這恰好中了日本人的圈套。後來，哈爾西在他的回憶錄中寫道：“我走進作戰室，用手指著海圖上300海裏以外的日本北方艦隊說，我們駛向這裏……向北追殲他們。”
17時50分，他電告金凱德：“栗田艦隊業已受創西撤，我正率3支艦群北上，以期能於25日拂曉襲擊敵軍航空母艦。”就這樣，哈爾西這支“猛虎”終於離開了他應該保護的登陸部隊，被日本人調離下“山”了。