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科沃德的另一半驱逐舰——由“蒙森号”和“麦克德莫特号”组成的西侧分队——在接近到八九千码时扇面射出了20枚鱼雷。西村舰队正在转回正北方的基本航向时，这批鱼雷抵达了目标。结果是灾难性的。三分钟内，日军纵队4艘驱逐舰中的3艘被击中。“山云号”中部被两枚鱼雷同时命中。爆炸还引爆了军舰自己鱼雷管里的两枚鱼雷。几个战斗部的爆炸把它炸成了两半，它短短两分钟内就沉没了。西野中佐回忆说，它沉没时还带着咝咝声，“就像一块巨大的红热铁块插进水里”。[9]“满潮号”被一枚命中左侧轮机舱的鱼雷打残，瘫在水面上开始下沉，硬是靠着幸存舰员们的英勇奋战才浮在水面上。第三艘“朝云号”前部中雷，整个舰首被撕掉，但舰员们还是设法堵住了破口。[10]这艘舰只好掉头向南蹒跚而去。
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遭到重创的“扶桑号”不能动了。它已是自身难保，“从水线到桅顶，全都被火焰包围”。[11]在随后的一个小时里，它无力地随波逐流。舰长下令弃舰，于是舰员们开始跳进苏里高海峡温暖的海水里。大约凌晨4点，它终于向右舷翻倒，巨大的上层建筑在海面上砸出了巨大的水花。它的舰首沉入了海面，舰尾从海面上竖起150英尺高，螺旋桨还在旋转，它就这样沉了下去。泄漏出来的燃油在海面上扩散开来，把火焰带到了数百英尺外，吞没了许多正拼命游泳逃生的人。没人知道多少人从沉船上逃了出来，但很少有人在海上漂流的几个小时中幸存下来。最终只有10名“扶桑号”成员在战役结束后回到日本。
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现在，日军各舰陷入了巨大的混乱。有些人觉得纵队已被鱼雷艇包围。西野中佐一直以为被击中的是旗舰“山城号”而不是“扶桑号”。实际上“山城号”仍在继续以25节航速北上，但西村将军和他的幕僚们并不知道“扶桑号”和三艘驱逐舰已经中雷，整个纵队总吨位中的一半已经沉没或者丧失了战斗力。和旗舰待在一起的只剩下“最上号”。唯一幸存而且还能航行的驱逐舰“时雨号”加快了速度以逃出鱼雷攻击区，但随后它就和舰队其余各舰失去了联系。西野一度无法通过无线电联系上任何一艘友舰，于是他转向南“去看看‘山城号’怎么样了，可能的话去接收命令，然后转回来继续北上”。[12]
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此时，在海峡北端，奥尔登多夫战列舰和巡洋舰上的雷达捕捉到了接近的日舰。他们能零零星星监听到一些日军低功率无线电通话。瞭望哨能看到远处的照明弹和炮火，听见远方爆炸的隆隆声。奥尔登多夫将军看见一艘敌舰的探照灯光束扫过海平线，他形容这像是“黑夜中挥舞着的一支盲人的拐杖，尽管我们看不见它指向哪里”。[13]“山云号”爆炸时，火光在海峡顶端都能清楚地看见——几秒钟后，雷达屏幕上的那个“亮点”也消失了。
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炮手们已经锁定了目标，做好了射击准备，但遵照奥尔登多夫先前的指示，他们没有开火。要先让最北边的驱逐舰群——第56驱逐舰中队——向敌人发动攻击。凌晨3时34分，奥尔登多夫命令驱逐舰前出攻击，“拿下那些大家伙”。[14]
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率领这最后一轮驱逐舰进攻的是坐镇“纽康姆号”的罗兰·斯穆特上校。他的第56驱逐舰中队各舰被分成3个分队，每队3艘弗莱彻级，排成纵队——分别攻击西村的左翼、右翼和正前方。它们沿着海峡以25节航速直扑而来。由于意识到奥尔登多夫的重炮即将开火，最好在重炮打响时让他的驱逐舰躲开火线，因此中路纵队指挥官电令各舰：“要快。在鱼雷旁守着。”[15]当距离接近到6 000码时，各纵队都转向用侧舷对敌，射出了鱼雷——每艘舰5枚，共计45枚。之后它们继续以最高速度开向海峡边缘，并用烟囱施放大量烟幕，脱离射击区域。
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当斯穆特的最后一枚鱼雷从发射管钻入海中时，北方海平线上的大炮响了。右翼巡洋舰上的6英寸和8英寸炮率先开火，战列舰的14英寸和16英寸主炮齐射紧随其后。红色的曳光弹划出一条长长的弧线缓慢地在天上飞过。这些巨大的炮弹在飞向目标的12英里航程中似乎是慢悠悠地挂在空中。斯穆特上校说这是“我见过的最美丽的景象。夜空中曳光弹的弧线宛如亮着灯光的列车从山头上一列列开过”。[16]
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凌晨3时53分，“西弗吉尼亚号”的首轮齐射落地。枪炮官打开送话器喊道：“首轮达阵”。赫伯特·V.威利上校用望远镜观察目标，看见目标在第二轮齐射落地时爆炸开来。[17]他不知道的是，这个目标正是西村的旗舰“山城号”，这艘日军战列舰很快遭到了至少12艘美军巡洋舰和战列舰的集中射击。“丹佛号”的战报写道：“几乎从3时50分开始射击时起，敌舰在我舰瞭望哨眼里便成了一团团爆炸的火球。”[18]
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“山城号”坚定地向这场风暴迎面而去。在随后的7分钟里，整个盟军舰队所有的舰炮都向这一艘舰集中射击。水柱在它左右近旁垂直升起。厚重的装甲甲板遭到了雨点般穿甲弹的洗礼。伤员被送到军官餐厅里，安放在桌子上，然而一枚直接命中的炮弹炸毁了这个舱室，杀死了里面的所有人，包括医护人员。即便在内部通信全部中断，炮塔炮手和舰桥失去联系之后，他们仍然在用主炮和副炮喷射弹雨，在美军驱逐舰和右翼巡洋舰周围掀起水柱。[19]由于没有火控雷达，“山城号”的射击精度远逊于对手，但还是有几发炮弹落在盟军巡洋舰近旁，令他们心惊肉跳。一轮齐射落在澳大利亚巡洋舰“什罗普郡号”远处，第二轮近了一些，第三轮就从头上飞过，在远侧溅起巨大水花。“凤凰城号”和奥尔登多夫的旗舰“路易斯维尔号”周围也炸开了水柱。于是将军命令巡洋舰纵队加速进行机动规避。
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在“山城号”后方1/4英里处的“最上号”上，一名舰员回忆道，炮弹来袭时的尖啸声“可怕而令人恐惧，它们从左边飞到右边”。当第一轮齐射跨射此舰时，“黑暗中突然出现一堵高大的白色水墙”。[20]6英寸和8英寸的炮弹落在舰体上方，击毁了一座炮塔，并让海水淹没了轮机舱。舰长下令右转以让侧舷对敌。“最上号”向着海峡前方炮口闪光的大致位置射出了4枚鱼雷。但这些鱼雷都被设为高速模式，因而降低了射程。
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转弯时，“最上号”的主炮指向了3艘撤退中的美军驱逐舰，“达利号”、“哈金斯号”和“巴奇号”。于是它打出了一轮侧舷齐射。“达利号”舰长惊恐地看到红色曳光弹直奔他的军舰而来：齐射几乎就要打中目标了。“它绝对是冲我而来，感觉就像是站在棒球场中央等着用手套接住飞来的球一样，”这位舰长后来评论道，“万幸，这轮齐射从头上飞了过去，落在二三百码外。”[21]
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“山城号”的右舷又挨了2枚鱼雷，可能来自驱逐舰“纽康姆号”和“拜尼恩号”。这使得它的中雷总数达到4枚。军舰开始向左倾斜，航速锐减到6节。全舰燃起大火，宝塔形的桅楼如同一支火炬。但是仰仗上层建筑高处舰桥装甲的保护，西村和他的参谋们还活着。他告诉参谋长：“向本队司令发报。我们继续向莱特前进，直至玉碎。”[22]
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“最上号”的右转弯一直没有停下来，直到它转向南方，远离敌人的炮火而去。在舰桥上，军官们爆发了争论。有人想要继续向南沿海峡脱离，认输；其他人则决心死战到底。舰长最后被强硬派说服，下令让军舰返回战场。然而还没等他们开始转弯，“波特兰号”巡洋舰射出的两枚8英寸炮弹便直接命中“最上号”舰桥，终结了这场争论。由于无人操舵，无人下令，军舰一度原向航行。最后幸存的舰员爬上了舷梯，发现舰桥里已经满是尸体。这一突如其来的打击使得舰上的炮术长接管了全舰。“最上号”还在不断被炮弹击中，已经无法再战了。新舰长决定向南航行，以求保住军舰。
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与“山城号”失去联系已久的“时雨号”也遭到了6英寸和8英寸炮弹的跨射。接连不断的近失弹令这艘轻型军舰剧烈摇晃起来；西野中佐说近处的爆炸甚至会把舰体抛出水面一米有余。“我遭到了可怕的炮击，”他说，“近失弹这么多，连罗盘都被震坏了。近失弹的冲击让军舰不停摇晃，无线电也坏了。”[23]失去了无线电联络，西野无从知晓自己应该前进还是撤退。他转向东，希望来到“山城号”的灯光信号距离内，却完全找不到它和“最上号”的影子，甚至都不知道它们是否还浮在水面上。关于“最上号”，“时雨号”的军官们意见各不相同。有些人相信“时雨号”是南路舰队最后的幸存者。炮术长还问他们的使命是否就是“仅仅像狗一样死去”。凌晨3时15分，西野判定“山城号”和“最上号”可能已经完蛋了，因此“在没有收到任何命令的情况下，我决定向南撤退”。[24]
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一艘美军驱逐舰“格兰特号”没能离开射击区，于是发现自己遭到了来自两个方向的猛烈射击。“山城号”从大约3英里外把炮弹砸在它周围。但是最严重的炮击来自友军，也就是右翼的巡洋舰纵队。“格兰特号”被命中了大约20枚炮弹，大部分可能来自巡洋舰“丹佛号”。舰上有34人战死，94人负伤。右翼巡洋舰部队指挥官拉塞尔·S.伯基将军打开无线电，警告说有一艘友军驱逐舰正瘫痪在水上，并遭到友军攻击。凌晨4时9分，奥尔登多夫向全舰队发出警告：“‘格兰特号’中弹，瘫痪在水上。所有军舰都要格外小心。”[25]
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美军舰队遵从指示，炮声停了下来，海峡顿时陷入了诡异的宁静。随着美军战列舰向北转向以躲避“最上号”的鱼雷，停火又延长了片刻。
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尽管西村勇敢地要求继续向敌人冲锋，但是遭受重创、燃起大火的“山城号”还是在盟军停火后不久转向了南边。可能西村是想去和志摩会合，或许想要安全撤离：没人知道到底什么情况，他和舰桥上的其他军官都没能活下来告诉我们答案。不知什么原因，技术人员设法把“山城号”的航速恢复到12节，但这也不过是加大了舰体破口处的进水而已。凌晨4时19分，它开始向左翻覆，西村的参谋长下令弃舰。之后它便翻倒在了海面上，巨大的宝塔形建筑落在了水上。它舰尾向下，迅速下沉，卷走了几乎所有舰员，仅有少数人幸存。
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此时，在南面，能见度下降了。暴雨区扫过棉兰老海和海峡南段。志摩的小舰队在恶劣天气下以25节速度冲刺，结果差点撞上帕纳翁岛。当这座岛高大的山脊线突然从雾中出现时，舰队才在最后一刻紧急转向躲了过去。[26]当志摩舰队紧急转弯时，PT-137号鱼雷艇向驱逐舰“大潮号”发射了一枚鱼雷。鱼雷从目标舰底穿过，继续向前，击中了3 000码外吃水更深的巡洋舰“阿武隈号”。这是整场战役中美军鱼雷艇唯一命中目标的一雷。遭到重创的“阿武隈号”掉了队，以10节速度蹒跚前进。
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进入苏里高海峡后，志摩舰队在黑夜中以28节航速北进，瞭望哨远远看见了正在下沉的“扶桑号”。浓烟和雨雾带来了糟糕的能见度，志摩舰队的人误以为自己见到了两艘燃烧的战列舰，而不是一艘。这可能是由于“扶桑号”的舰首被从舰体上撕下，还浮在水上，也可能是因为瞭望哨将大片起火的燃油当成了第二艘舰。无论如何，这些新来者没有停顿，继续在苏里高海峡中高速前进。
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凌晨4时22分，志摩的纵队右转，开始发射鱼雷。鱼雷以49节的高速冲了出去。正当旗舰“那智号”的鱼雷射出之时，舰上的瞭望哨看见了“最上号”。在他们看来，这艘舰似乎是静止在水上燃烧，但距离接近后，舰桥上的军官意识到这艘舰正在与本舰快速相向而行。“那智号”舰长下令以最大马力倒退，但太晚了，“那智号”一头撞上了“最上号”。后者的操舵室被海水淹没，航速减半。“那智号”也受了重伤，最高航速只剩下了19节。“那智号”随即转向南，舰员开始检查损伤。
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这时，在“那智号”的舰桥上，第五舰队鱼雷长森孝吉与志摩商量了起来。考虑到军舰受损，西村舰队几近全灭，以及海上越来越差的能见度，森提出再前进就是自杀。敌人已在前面为他们设下了陷阱。“将军，”他说，“前面敌人肯定正拿着大炮等着我们。”[27]志摩对此深表同意，他决定今晚就到此为止。他向丰田发电：“本部队已结束进攻，正退出战场，以备再战。”[28]塞缪尔·埃利奥特·莫里森称志摩的决定是“整场战役中所有日军指挥官做出的最明智的举动”。[29]
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凌晨5点，当东方露出鱼肚白时，两支日军舰队的残部正沿苏里高海峡蹒跚而行。奥尔登多夫将军把战列舰留在原位，亲率一队巡洋舰和驱逐舰（包括他的旗舰“路易斯维尔号”）南下追击并“扫荡敌残舰”。
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由于担心不慎遭到鱼雷攻击，奥尔登多夫小心翼翼地保持着15节航速。此时的海上满是暴雨、雾气，还有燃烧的舰船和燃油升腾起的不散的浓烟，能见度仍然很差。海面上漂浮着泄漏出来的重油，到处都是漂浮着的残骸和尸体。他们在一片狼藉中看见数百名日本水兵，要么泡在水里，要么趴在残骸上。一如往常，几乎所有人都拒绝救援，甚至在美舰开来时要跳海自杀。追击舰队路过漂浮着的残骸，它们是四艘正在下沉的不同的日军舰只，但这些军舰已经“由于周围浓密的油烟和火焰而无法辨识”。[30]“扶桑号”的一部分还漂在水上，可能是舰首，路过的“路易斯维尔号”向这块残骸打了几轮齐射，将其击沉。
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