号，整个TF16\17一共有14条驱逐舰，除已沉没的军舰外，其余包括马汉号、库欣号、普雷斯顿号、莫里号和巴顿号等5条驱逐舰舰在外围，他们不同程度地带着伤，但依然顽强地构建了最后一个圆形防御阵，对抗着空中200多架飞机。
天空中本来有20架护卫战斗机，他们与零式奋力拼杀，最后几架看着势头不对，抓住空挡也如法炮制地用撞击法对付即将投弹或投雷的日本飞机，先后有3架舰爆和2架舰攻坠落海中。十几分钟后，空中就只有日本飞机而没有美国飞机了
机动舰队80%以上的对舰攻击机已投完弹药准备返航了，还有17架舰爆和13架舰攻没有投弹，他们自发地纠集起来，在40多架零战的掩护下（其实掩护与否也无关紧要了）组建了最后一次临时攻击波，对残余美国舰队展开进攻，北安普顿号连中3雷沉没，南达科他号又中2颗炸弹，前后炮塔全部损坏，企业号再中2颗炸弹，不过毕竟是正规大型空母，生命力比飞鹰要强，虽然起降能力彻底丧失，整体倾斜高达15度，但依然还在蹒跚移动，5条驱逐舰被击沉了4条。
到9:48分时，这场海空战终于接近了尾声，曾经威风凛凛的双航母TF16\17编队只剩下了3条惨重伤亡的军舰，最高航速是巴顿号驱逐舰的9节，南达科他只有6节，企业号7节，除了放出去的最后46架进攻机群，整个编队舰载机也近乎完全覆灭了。
就最后46架飞机的使用金凯德征求了哈尔西的意见——去攻击日本航母部队显然不现实，他们只有2个选择，一是回头往新几内亚岛方向飞行，能飞多近飞多近，然后跳伞让人搭救，另一个选择是继续攻击日本炮击舰队，哈尔西痛苦地思考了3分钟，决定把权利下放给带队指挥官。
听说身后的舰队近乎全军覆没，第三攻击波所有飞行员一片沉默，最后一致决定继续进攻日本舰队，死也要死在冲锋的路上，10：27分，炮击舰队迎来最后一波美军进攻，他们近乎用以命搏命的方式在进攻，大和号又吃了2颗炸弹加一条鱼雷，进水量达到4800吨。羽黑号被命中一条鱼雷，长门与陆奥各吃到2颗炸弹，春雨、五月雨驱逐舰被击沉。担任掩护任务的零式战斗机损失23架，再加上战斗结束后油料基本用尽、飞行员只能跳伞的7架，最后担当掩护任务的零式只剩下了35架。而这46架美国飞机也近乎全军覆没，最后脱离现场飞往新几内亚的飞机只剩下14架。
虽然战斗已接近了尾声，但堀悌吉的斗志反而越来越高昂，他已知道了目前TF16\17的情况，也知道还有3条军舰在水面挣扎着，他下达了新的作战指示：“所有情况良好的高速重巡洋舰全速赶往现场搭救落水人员（不论敌我）并尽可能击沉敌舰，主力随后赶到，机动舰队不必再行进攻，战场扫尾工作由炮击舰队完成。”
此时美军舰队竭力撤退，伤痕累累的南达科他表示由驱逐舰保护企业号撤退，自己断后掩护，金凯德深知时间紧迫，也没法继续解释，只能含泪告别南达科他号，带着蹒跚的脚步仓皇撤退。等下午2点钟日本重巡洋舰群赶到现场时只看到受创严重、前甲板近乎于海平面持平、三座炮塔全部失灵的南达科他号了。高雄号打出了让其投降的旗语，却被美国人坚决拒绝。在妙高号的组织下，4条驱逐舰抵近发射威力强大的九三氧气鱼雷，片刻后就把这条排水量高达3.5万吨，服役不过半年的新锐战舰送入海底。
下午3点15分，日本快速战斗群找到了企业号，不过其由于进水太多、损管无力而处于侧倾状态，不等日本军舰动手就缓缓沉入海底，最后留在舰上的是与舰同沉的金凯德少将。由于快速战斗群要打捞落水、失踪人员而放弃了对最后一艘驱逐舰的追逐。巴顿号驱逐舰与上午逃脱的亚