À 10h14, les Japonais détectèrent deux hydravions Martin Mariner PBM et le cuirassé Yamato leur tira une salve à l'aide de ses canons de 18,1 pouces, mais les manqua.
À 12h10, le destroyer Asashimo fut coulé; ses 326 membres d'équipage moururent quand le navire sombra.
Vers 12h40, le Yamato fut touché par deux bombes, les deux tombant près de la tourelle secondaire arrière, et trois minutes plus tard, sa proue bâbord fut frappée par une torpille. Les bombes firent des victimes; elles détruisirent l’unité de contrôle d’incendie de la batterie secondaire arrière et causèrent d’autres dommages graves. L’explosion de la torpille tua des marins et permit à environ 2 350 tonnes d’eau de se déverser dans le Yamato. L'unité de contrôle des dégâts limita les dommages par contre-inondation avec environ 604 tonnes d'eau.
Vers 12h47, le destroyer Hamakaze fut coulé. Une bombe toucha son pont arrière, envoyant une colonne de flammes, puis une explosion de torpille le brisa en deux. Sur son équipage de 240 hommes, 100 furent tués et 45 autres blessés. À peu près au même moment, le Suzutsuki reçut une bombe à tribord, sur son support de canon n°2, et prit feu. Bien que touché à nouveau, il réussit à rentrer au Japon. Sur son équipage de 263 hommes, 57 furent tués et 34 furent blessés.
Vers 13h02, la deuxième vague d'avions américains arriva. Cette seconde attaque dura environ une demi-heure, au cours de laquelle le Yamato fut touché par au moins deux autres bombes et pas moins de quatre torpilles. Le navire prit aussi environ 3 000 tonnes d’eau et inclina d'environ sept degrés à bâbord. Le contrôle des dégâts corrigea cette inclination dangereuse en contre-inondant le moteur tribord et les chaufferies. L'inclination fut temporairement corrigée, mais de nombreux hommes à l'intérieur du navire se noyèrent lors de l'inondation.
L'Isokaze fut gravement endommagé par les bombes américaines et fut ensuite sabordé par des tirs. Sur ses 239 membres d’équipage, il eut 20 morts et 54 blessés. Le destroyer Kasumi fut également sabordé à la suite de graves dégâts causés par les bombes américaines. Il eut 17 morts et 47 blessés parmi les 200 membres de son équipage.
La troisième vague d'attaque américaine arriva vers 13h45. Trois torpilles, rapprochées les unes des autres, percutèrent le côté bâbord du Yamato. La contre-inondation réduisit l'inclination à 10 degrés, mais une réduction supplémentaire nécessita l'inondation du moteur tribord et des salles d'incendie. De nombreux membres d’équipage furent pris au piège sous le pont et noyés par le torrent toujours croissant d’eau qui coulait à travers la coque déchirée et par les mesures de contre-inondations désespérées prises pour sauver le navire. À 14h02, trois bombes explosèrent au milieu du navire.
À 14h05, le croiseur léger Yahagi, touché par 12 bombes et sept torpilles, coula exactement une minute après que la dernière bombe l'ait atteint. Sur un équipage de 736 hommes, 446 furent tués et 133 blessés.
Également à 14h05, l'inclination du Yamato, qui avait augmenté de 15 degrés à bâbord, fut telle que des torpilles touchèrent le flanc tribord du Yamato et explosèrent directement dans sa coque vulnérable.
Il chavira lentement, roulant sur son côté bâbord. Cela fut suivi par une énorme explosion à 14h23 qui projeta la plupart des marins du Yamato à la mer ou les tua sur le coup.
Le nuage champignon résultant, d'une hauteur de plus de six kilomètres, fut aperçu par des sentinelles à Kagoshima, à 200 kilomètres de là. Le Yamato coula rapidement. Sur son équipage de 3 332 hommes, 2 740 moururent et 117 furent blessés. Seulement 592 survécurent.
Les quatre destroyers survivants - les Fuyutsuki, Hatsushimo, Suzutsuki et Yukikaze - subirent des pertes, avec un total de 72 hommes tués et 34 blessés. 981 officiers et hommes dans les navires d'escorte moururent, tandis que 342 autres furent blessés.
Les Américains perdirent 10 avions et 14 membres d'équipage; trois autres furent blessés.