Операция SHO-ICHI-GO
Последней операцией, в которой участвовал Zuikaku, стал контрудар главных сил Объединённого флота по американским кораблям, атакующим Филиппины. В качестве флагманского корабля Zuikaku включили в состав манёвренного соединения, в которое входили авианосцы Zuikaku, Zuiho, Chitose и Chiyoda, линкоры-авианосцы Ise и Hyuga, крейсера Oyodo, Tama и Huzu, а также восемь эсминцев охранения. Командовал соединением вице-адмирал Одзава.
Ему ставилась задача отвлечь на себя американские авианосцы 38-го оперативного соединения быстроходных авианосцев адмирала Митшера от района американской высадки на Филиппинах, а по оставшимся здесь кораблям должно было нанести удар диверсионное соединение (линкоры и крейсера во главе с новейшим суперлинкором Yamato).
24 октября вице-адмирал Одзава получил данные о местоположении и составе сил противника. Для удара по американским кораблям с палуб японских авианосцев поднялась группа из 55 самолётов. Однако японские самолёты были обнаружены радарами американских кораблей и на их перехват были высланы истребители Hellcat. В результате 13 японских самолётов были сбиты, трём удалось вернуться на свои авианосцы, а остальные совершили посадку на аэродромах Филиппин.
В ночь на 25 октября самолёты-разведчики с радарами, поднятые с американского авианосца Independence, обнаружили корабли Одза-вы. Для удара по ним на рассвете следующего дня с палуб авианосцев 38-го оперативного соединения подняли 180 самолётов. Японцы обнаружили приближающуюся армаду на экране радара и заранее подготовились к отражению удара — Zuikaku до 30 узлов увеличил ход и начал движение зигзагом. Однако группе пикирующих бомбардировщиков Helldiver в 08.45 удалось добиться трёх попаданий.
Первая бомба (454 кг) пробила полётную палубу по левому борту в районе среднего самолётоподъёмника и взорвалась внутри корабля, вызвав обширные разрушения и пожары. Через минуту примерно в то же место попали две 227-кг бомбы. Спустя ещё несколько минут левый борт в районе машинного отделения поразила торпеда.
Заполнение водой нескольких отсеков авианосца привело к крену на левый борт, к тому же скорость Zuikaku упала до 23 узлов. Чтобы уменьшить крен, команде пришлось затопить отсеки правого борта.
В атаке, начавшейся около 13.00, участвовало около 200 самолётов. Непосредственно на повреждённый Zuikaku было нацелено 80 самолётов с авианосцев Lexington и Langley. В течение двух минут в полётную палубу корабля попали четыре 227-кг бомбы и шесть торпед в оба борта, после чего Zuikaku перевернулся через левый борт и в 14.14 затонул, унеся с собой на дно 970 членов экипажа.