「大和」號上的栗田看得真切，急忙向「武藏」號發來信號詢問情況。「武藏」號報告，它僅能維持22節的航速了，於是栗田趕緊將整個艦隊的速度一律降為22節，以便帶領「武藏」號一道前行。
鋼板的扭曲給「武藏」號帶來了極大困擾，這就像一個游泳運動員腦袋上頂著木板游泳一樣，越往前游，力氣消耗越大，速度也就越慢。漸漸地，「武藏」號連22節的航速都不能保證了，以至於落在了艦隊的後方，與此同時，為保持艦身平衡，「武藏」號被迫向艦體內部大量注水，而這又導致了艦艏下沉。
在這一次攻擊中，「大和」號也中了兩發炸彈，艦身出現傾側，老戰列艦「長門」號損失了一座炮塔和一個鍋爐房，其他的巡洋艦、驅逐艦亦有不同程度的損傷。氣急敗壞的栗田再次向航空部隊發出求救電報，但與前面的電報一樣，由於通信聯絡方面的問題，未能收到任何迴音。
栗田無法可想，下令為「大和」號和「武藏」號上的18英寸主炮裝填三式燃燒彈。三式燃燒彈是一種試驗性殺傷炮彈，這種炮彈一旦在空中炸開，可以瞬間變成600多個小型燃燒彈，落到地面後，威力更加驚人，幾乎可將萬物都燒毀殆盡。在瓜島戰役中，栗田曾奉命用三式彈對瓜島機場進行轟擊，取得了非常顯著的效果。
三式彈主要用於攻擊地面目標，但特殊情況下也能用來摧毀低空飛機，之前在第二波攻擊時，「武藏」號炮手長就曾請求艦長豬口敏平少將允許發射三式彈，以炮術指揮聞名於聯合艦隊的豬口當即拒絕了這一請求，原因就在於三式彈對炮膛的磨損很大，還會震壞炮管，一旦使用，很難保證突入萊特灣後的射擊精度需要。
現在栗田已經顧不上什麼萊特灣不萊特灣了，他只知道，如果還是得不到有效的空中掩護，「大和」號和「武藏」號只會雙雙陷入絕境。
下午2點30分，50多架美機發動第四波攻擊。等它們飛近後，已裝填三式彈的「大和」號和「武藏」號一齊開火，在巨炮的吼叫聲中，戰列艦如同發生地震一般劇烈搖晃起來，它們受到的震動，顯然遠遠超過了被炸彈擊中時的震動幅度。
轟雷般的三式彈未能擋住美機，已失去機動能力的「武藏」號遭到了來自各個不同角度的襲擊，彈片像鋼鐵玉米花似的四散飛向各艦橋，艦上寶塔形的塔台遭到摧毀，許多軍官被當場炸死，豬口也受了傷。
這種打擊放在別的戰艦上，早就沉底了，但遍體傷痕的「武藏」號仍能繼續行駛，只是速度已驟減至12節。
「武藏」號無論如何也跟不上大部隊了，栗田又不可能讓整個艦隊也減到12節的速度，否則慢的拖累了快的，歹的拖累了好的，等於同歸於盡。無奈之下，他只得讓「武藏」號在兩艘驅逐艦的伴隨下退出作戰序列。
太遲了。下午3點10分，第五次攻擊來臨，100餘架戰鬥機、魚雷機組成龐大陣容，烏雲壓頂一般向栗田部隊衝來。「武藏」號早已無還手之力，此時恨不得多生出兩隻腳，飛也似的逃掉，可是越想逃越逃不掉，「黃蜂」們已經將這頭受傷的「大象」給完全盯死了。
當天最後一次，也是最為猛烈的攻擊降臨到了「武藏」號頭上。十餘發魚雷和炸彈的連續打擊，令「武藏」號的艦艏沒入水中，艦體只能以6節的速度繼續向前蠕動，同時下沉和傾斜情況也越來越嚴重。當天美軍發動的五次攻擊中，60%的艦載機都把勁使在了它身上，這艘耗費五年光陰才建成的「不沉戰艦」已經變得像紙片一樣脆弱了。
下午3點30分，第五次攻擊總算結束了。為挽救「武藏」號，豬口下令將四個機房中的三個都注入海水，僅留一機運轉航行，這使得「武藏」號更加緩慢，與其說是在前進，倒不如說像嬰兒爬行更為恰當。
大約三個多小時後，「武藏」號的艦艏全部浸入海水之中，所有機械停止運轉，只有前部兩座炮台像小島似的依然浮在水面。豬口艦長下令棄艦，並趁船上還有立足之處，把主要軍官召集起來，舉行了一個凄凄慘慘的訣別式。
豬口曾是大艦巨炮主義的信奉者，認為他的「武藏」號可以在海上縱橫無敵，然而在親自見證「武藏」號的命運後，他在向豐田的訣別電中承認：「看來我大錯特錯了，空戰才是以後戰爭的主要方向。」
船員們還未及撤出，「武藏」號就像睡著的人突然翻了個身一樣，一下子向左傾覆，艦上包括豬口在內的一半官兵喪生。因為事發突然，按慣例要進行轉移的天皇像也隨艦一道沉沒。
「武藏」號消失于海面時，栗田部隊仍在前進，這時他們已迫近聖貝納迪諾海峽，航路由此變得越來越窄，而這種地形意味著遭到潛艇伏擊的可能性也越來越大。栗田在艦橋上舉目四望，海面上白浪滔天，要從裡面發現並辨認出潛艇的潛望鏡或是魚雷航跡，實在是難。
恰在這時，聯合艦隊司令部又發來了一份警告電報：「據推測，在到達聖貝納迪諾海面時，敵人使用潛艇的可能性很大，要加倍警惕。」
栗田回電：「感謝司令部關懷，我們已經拼上了。」
話雖然說得豪邁，但如果真有大批潛艇埋伏在聖貝納迪諾海峽，你拿什麼拼？巴拉望海峽不過才兩艘美軍潛艇，就將三艘一萬噸級的重巡洋艦都給幹得沒了脾氣。
此時，栗田部隊的速度已減至18節，這還是半個世紀以前艦隊海戰時的速度。另外，栗田部隊原有驅逐艦15艘，因為拖運和護衛受傷的大艦，現在只剩下了11艘，這也使其防衛潛艇攻擊的能力大為降低。當然，最重要的還在於，栗田並不知道美軍的下一次空襲會不會，以及什麼時候到來——只要再來一次，艦隊就再也承受不住了。
越往前走，飢腸轆轆的官兵越緊張，一個個都如同繃緊了的弓弦，隨時防備著來自水下或空中的致命一擊。參謀們首先憋不住了，他們對栗田提意見，認為如果還是沒有空中掩護，那這支部隊就等於「送入敵人口中的一塊肉」。
栗田同樣處於惴惴不安之中，參謀們的建議正中其下懷。下午3時55分，栗田部隊停止前進，轉而掉頭西進，同時栗田還向聯合艦隊司令部發電，闡述了暫時退卻的理由，表示自己只是暫時退到美軍的空襲圈外，一俟航空兵攻擊得手，將會再舉進攻。