直到凌晨五点三十分时，在接到右翼舰队彻底毁灭的消息后，他方才意识到大势已去，匆忙地命令各舰分散逃生。
为了不拖累舰队，三艘速度缓慢的老式条约舰作为弃子被抛弃了，金梅利上将带着北卡罗来纳号战列舰，身后跟着十艘巡洋舰和二十余驱逐舰，开足马力往菲律宾方向逃窜。
因为误以为英国海军也参予了袭击美国海军的行动，他不敢将舰队南调进入南边的英属岛群中，只是一个劲地向西窜妄想和仍然远在上千公里外的驻菲律宾舰队会合。
但是，他的水面舰队跑得再快，却哪里快得过飞机。赤道附近，六月的太平洋，天亮得很早而暗得很迟。追杀他的日本舰队，足足有十三个小时的可供发动空袭。
追击他的山本五十六，将联合舰队分成了两路。
大和、信浓两舰，两艘金刚级战巡，外加一票的重巡和轻巡前往追击金梅利的高速舰队，配合他们行动的还有武藏号航母和新下水的苍龙、飞龙两艘航母。
而余下的新墨西哥号（BB40）、密西西比号（BB41）宾夕法尼亚号三舰，则交由长门、陆奥两艘战列舰和余下的两艘金刚级战巡。此外还有赤城、翔鹤、瑞鹤三艘航母上的舰载机发动空袭。
凌晨三点半时，联合舰队的攻击是天空、海上、水下三个方向同时攻击，多种手段轮番上场，堪称教科书般经典的战斗。而发生在六月二十二日关岛海域白天的海战和其相比，完全就是一场很沉闷的战斗。
战斗开始时，先是航母出动大动批的舰载机，对着敌方舰队一狂轰滥炸，重创舰只，减慢其逃窜的速度，然后主力舰队逼近，继续炮轰，而巡洋舰配合驱逐舰再次发动雷击“补枪”。
无论是追击金梅利旗舰的战斗还是围歼那票条约级老爷舰，分兵的两支日本舰队所用的战术都差不多，战斗的过程也很相似。
六月二十二日这天，联合舰队虽然也出动了长门和陆奥这两艘战列舰，但由于其速度太慢，两舰总是无法及时地赶到战场——无论是消灭太平洋舰队右翼舰队还是左翼战列舰时皆是如此。每次两舰喘着粗气赶到战场时，战斗就已经被友军通过雷击或轰炸提前解决得差不多了。
长门、陆奥两舰在这场海战中最后的表现，就是于早上十一点时勉强赶到战场，然后隔着一万七千米的距离，对着三艘舰队倾斜严重的条约时代的无畏舰进行了十几轮的远距离射击“鞭尸”以秀自身的“存在感”。但最后彻底击沉这三条条约舰的，依旧是舰队中的驱逐舰发射的鱼雷。
而歼灭美国战列舰的头号功臣，还是远在后方的航母上起飞的舰载机。他们用航空鱼雷和重磅炸弹，彻底结束了大舰巨炮的时代。
速度更快的大和级姐妹舰，倒是勉强赶上了歼灭南他科他号和北卡罗来号的“末班车”。
由于南达科他号“反抗”得力，在大号姐妹舰追近之时，他吃了两条航空鱼雷和数发航弹，却还坚持着浮在海面上，只是速度大减，倒是留给了大和姐妹在他身上“**”的时间
至于另一艘末代条约舰北卡罗来纳号，则在倒霉地在大和姐妹舰追近前，就因为一侧吃了足足五条航空的鱼雷，以至舰身严重右倾，早已完全丧战力只能等待倾覆的命运。
此时美国太平洋舰已不成阵形，金梅利上将下达的最后一条指令，就是所有的战舰分散开来，自由逃生，而自己则跟着南达科他号留下来“”断后“。
喀秋莎附身的信浓号，再次无耻地挑了一条重巡洋舰充当“追杀”的对象。而解决南达科他号的战斗交给了大和号来完成。
在两万五千米处，大和对着南达科他号首先开火。
此时的南达科他号，速度已掉到仅有十八节，三座炮塔也只有两座能正常开火，却也拼尽全力地用六门406毫米的主炮回击着对手。
王对王的战斗持续了十五分钟，南达科他号先后吃了大和号四发十八英寸的巨弹，其中一发炮摧毁了还能开火前炮塔，在大和号460毫米的重弹面前，仅有四万吨的南达科他号的那点装甲根本不够看。从一万七千米处打来的，超过两吨重的炮弹，轻易地撕开炮塔正面装甲后在提弹井内炸开，并引燃大火。由于损管得力倒是没有引燃弹药库。
炮战在十一点四十五分开始，十二点整时，海军航空兵再次出现在空中开始“抢肉”的这一刻时，大和号前主炮发出的一击，其中一发炮弹正中南达科他号的指挥室。四百毫米厚的装甲根本抵抗不住大和号的炮弹这一击，这发打入指挥室的炮弹当场杀死了包括舰队司令、舰长在内的所有军官。
而后，余下的时间又就又是海军航空兵在表演空袭、抢分的大戏。大和号上的九门460毫米的巨炮，虽然依旧在怒吼着，但是在击沉主力舰的效率上，却始终抢不过高来高去，携带重型航弹和鱼雷的飞机。
虽然在余下的十分钟里，大和号又连续命中南达科他号四发炮弹，但是南达和他号却人品爆发的没有被对手打爆弹药库——尽管有一发460毫米的炮弹打进了南达科他号的前弹药库里炸开，但此时这里的弹药库已经提前注水了，并没有引发殉爆的效果。
在废掉了南达科他号的战力后，大和号战列舰悻悻地离开转为执行追击其他美国巡洋舰的任务。而将解决南达科他号战列舰的任务交给了辅助战舰。
不过大和号摧毁南达科他号战列舰指系统的那一击，还是达到了一个意外的效果。
大和号离开后，其余的日舰靠近已被打残打废，动力全失处于漂浮状态的南他科他号，接走了舰上的美国水兵后，日本海军的水兵趁机登上该舰，俘虏了这艘右倾较严重的战列舰。
由于缺少上级的指挥，该舰水兵在弃舰时只顾逃生，并没有打开通海阀，最终被日本海军俘获。
而后日本海军用钢纤连上该舰进行拖行，妄想能够俘获该舰。可是该舰由于受伤太重，进水过多。最后日本人不得不在附近海域找到一处浅滩将该拖带冲滩，最后搁浅在那儿，以等待将来的支援回收。
俘获南达科他号战列舰，是此次海战中日本海军最大的收获。
当六月二十二日傍晚七点，太阳从西边落下时，这场持续了整整十六个小时的大海战，终于以美国海军的全部主力全军覆没而告终。
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