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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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起先，受损的“那智号”、“最上号”和“时雨号”还能维持足够的速度让奥尔登多夫追不上。但是到了卡尼瀚岛附近，一群讨厌的PT鱼雷艇拖慢了它们的速度。仍然带着火而且几乎无法转向的“最上号”和这些小家伙打了起来。它的8英寸炮弹落在鱼雷艇周围，将它们赶走，甚至还直接命中PT-194号艇一弹，炸毁了艇上的三台发动机，炸死一名40mm炮手。奥尔登多夫的巡洋舰在清晨5时29分看见了远处的“最上号”，并在远距离上开火，命中大约10弹。“哥伦比亚号”舰长用望远镜观察目标，报告说它“完全烧起来了，比珍珠港时候的‘亚利桑那号’烧得还厉害”。[31]志摩将军硬下心来决定继续前进，把“最上号”丢在后面以吸引追兵。“那智号”、“时雨号”和第二游击部队的其余各舰则溜走了，绕过帕纳翁岛转弯逃离。
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然而令人难以置信的是，即便身陷绝境，“最上号”还是不肯认命。舰上勇猛的工程人员居然让它恢复了12节航速，它也逃进了棉兰老海。
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留在苏里高海峡中的最后一艘日舰是遭到重创的驱逐舰“朝云号”，它先前被科沃德的鱼雷炸掉了舰首。它瘫在水面上，前甲板已经沉入水下。舰上仅剩的一座能用的炮塔还在勇敢地向涌过来想要用鱼雷击沉它的鱼雷艇还击。早晨7点之前，舰长便已下令弃舰，舰员正在爬上救生艇，这时追杀而来的美舰进入了射程。7时4分，“朝云号”遭到了炮击，起先是一艘驱逐舰，几分钟后便是一大群巡洋舰和驱逐舰：总共有10艘美舰参加了对这艘垂死驱逐舰的最后行刑。它的水线被炸开，火焰从每一处舱口冒了出来。“朝云号”翻倒下来，舰首朝下沉入海里。舰桥上还有人向丰田和栗田二位将军发出了诀别电：“我舰遭袭沉没。”[32]
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有人说它唯一可用的炮塔即便在军舰沉没时还在开火。“拜尼恩号”的枪炮官詹姆斯·L.霍洛威三世看到了这个勇敢小斗士的落幕场景：“当我们接近到大约2 000码时，这艘日军驱逐舰已经沉到了波浪起伏的灰色海面之下，舰首朝下，我们从它近旁驶过时，它的螺旋桨还在缓慢地转动。”[33]逃脱的日军各舰还将遭到美军舰载机的追杀，那艘有九条命的“最上号”最终也在当天傍晚没能扛过空袭的打击。西村南路舰队中唯一幸存的“时雨号”将在10月27日抵达文莱。美军的空中追杀和清剿作战还会再持续一天，最终把志摩一路追进了马尼拉湾。11月5日，他的旗舰“那智号”就在此地被空袭击沉。
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