根據尼米茲的命令，戈姆利組織了一支運輸船隊，以2艘運輸船運載陸軍第164團的3000官兵，由8艘驅逐艦護航，於10月9日從努美阿起航。為保障航渡安全，美軍出動了三支編隊進行掩護，一是以"大黃蜂"號航母為核心的航母特混編隊，部署於瓜島西南約180海裏，二是以"華盛頓"號戰列艦為核心的特混編隊，部署於馬萊塔島以東約50海裏，三是以巡洋艦、驅逐艦編成的第64特混編隊，部署於瓜島以北海域，負責掩護運輸船隊，並阻擊日軍的增援。
雙方的增援部隊都順利上島，但雙方的掩護部隊，日軍的第6巡洋艦戰隊和美軍的第64特混編隊卻在瓜島的埃斯佩蘭斯角附近海域遭遇，爆發了一場激烈的海戰。
日軍運輸船隊於10月11日八時三十分被美軍的偵察機發現，日軍隨即派出戰鬥機在船隊上空掩護。而美軍"仙人掌"航空隊正忙於應付日軍對亨德森機場的空襲，無力顧及。美軍就指派正在瓜島西南的第64特混編隊前去截擊，該編隊由斯科特少將指揮，下轄4艘巡洋艦和5艘驅逐艦。斯科特接到命令後，立即率部向日軍所在海域急進。
日軍的第6巡洋艦戰隊由五藤存知少將指揮，於11日十二時從肖特蘭島出發，為避免受到空襲，日落前一直沒進入美機活動半徑棗距瓜島200海裏範圍內，天黑後，偵察機報告沒有任何敵情，便加速到30節，以3艘巡洋艦排成間距1200米的單縱列，以2艘驅逐艦在左右前方警戒，直撲瓜島。二十時二十分，得到運輸船隊安全抵達的報告，五藤決定從薩沃島南水道進入鐵底灣，對亨德森機場實施炮擊。
二十一時許，美艦繞過瓜島西海岸，向薩沃島方向航行，航行隊形是三艘驅逐艦在前，四艘巡洋艦居中，兩艘驅逐艦殿後，巡洋艦之間間距600碼，驅逐艦之間間距500碼，巡洋艦與驅逐艦之間間距為700碼。二十一時三十分，斯科特命令四艘巡洋艦起飛各自艦載偵察機進行偵察，但"鹽湖城"號的艦載機在起飛時發生故障而起火焚毀，"海倫納"號則害怕艦載機在海戰中被擊中起火，在接到起飛命令前就已經將飛機拋入海中，這樣就隻有"舊金山"號和"波伊斯"號兩艦派出了飛機。此時日艦隊已到達美艦隊的西北約50海裏處，而且雙方正相向而行，距離迅速縮短。很快日艦看到了美軍"鹽湖城"號飛機燃燒的火光，卻認為是瓜島日軍發出的信號，還用燈光信號進行聯絡，因能見度很差，燈光信號強度又小，美軍沒有發現。
二十二時五十分，"舊金山"號的偵察機報告在瓜島以北，距薩沃島16海裏處發現日軍一艘大艦和兩艘小艦。這是日軍的增援群，美機報告的編成不對但位置是對的。斯科特認為這個編隊規模較小不是指揮部所通報的，很可能在附近有日軍的兩支編隊，他決定先去搜索通報的大編隊，如果找不到再回頭攻擊這支小編隊。
雙方繼續前進，距離縮短到僅數海裏，由於夜深霧濃，擅長夜戰的日軍沒發現美艦，美軍也沒發現日軍。二十三時二十五分，裝備新式SG雷達的"海倫納"號在27000米距離上發現一批日艦，斯科特的旗艦"舊金山"號裝備的是陳舊的SC雷達，性能較差，而且考慮到日軍裝備有能夠接受這種雷達電波的接受機，所以沒有使用，完全依靠飛機和友艦提供敵情。斯科特根據這一報告，知道在其左右各有一敵編隊，決定轉向封鎖薩沃島與埃斯佩蘭斯角之間水域，這樣既可切斷被飛機發現的日艦退路，又能阻止被"海倫納"號發現的日艦接近瓜島，便命令各艦從左向後以230度航向魚貫轉向，這一轉向使美軍無意中占據了海戰中絕對有利的T字橫頭陣位，並立即發現了右後方出現數艘軍艦，斯科特還以為是前麵的三艘驅逐艦因為轉向時舵角較小，被甩到了外側後從右後趕上來，所以沒有下令開炮。而"海倫納"號很清楚這是日艦，當接近到5000米距離時，"海倫納"號艦長用報話機請求斯科特準許開火，但由於使用的暗語意思含糊，斯科特不能準確明白他的真實意思，再反複詢問耽誤了數分鍾後才同意開火，"海倫納"號首先開始射擊，其他軍艦也隨著開火。
日艦也於幾分鍾前發現了美艦，但因能見度較差，無法分清敵我，五藤下令各就各位準備戰鬥，並準備縮短距離發出識別信號。突然，對方（美艦"海倫納"號）打開探照燈，並開始射擊，日艦還以為是運送增援部隊的友艦，五藤命令旗艦"青葉"號連續發出"我是青葉，我是青葉"的燈光信號，表明身份，美艦炮火非常準確，一發炮彈正中艦橋，五藤身負重傷，不久死去，他至死還認為是友艦誤擊，嘴裏一直罵個不停。"青葉"號接連中彈，二號、三號炮塔均被摧毀，通信設備也被擊毀，隻得施放煙幕，右轉180度向西北規避。
在"青葉"號後麵1500米的"古鷹"號也跟著轉向，隨即遭到美艦密集炮火射擊，主炮和魚雷發射管先後被擊毀，甲板燃起大火，成為美艦集中射擊的明顯目標。
美軍完全可以在日艦轉向時對轉向點的日艦逐一集中射擊，使日軍毫無還手之力，但斯科特無法辨別敵我，以為射擊的目標是前衛驅逐艦，於二十三時四十七分下令停火，"海倫納"號等幾艘軍艦仍在繼續射擊，斯科特一再重申，並親自督促旗艦停火，這才停止了射擊，他仍不放心，就用報話機詢問驅逐艦大隊的指揮官托賓上校："巡洋艦是否射擊過你？"托賓回答："我不知道巡洋艦射擊的是誰。"但斯科特還不放心，命令驅逐艦打開識別燈，見到燈光信號，他才徹底放心於二十三時五十一分下令恢複射擊。但就在這幾分鍾裏，日艦已經完成了轉向，特別是"衣笠"號巡洋艦和"初雪"號驅逐艦沒有機械地從右向後，而是從左向後轉向，完全未遭攻擊。
美艦恢複射擊後，各自選擇目標，猛烈開火。"鄧肯"號驅逐艦衝上前去攻擊日艦"古鷹"號，連射兩條魚雷，命中一條，"古鷹"號還先後被擊中九十餘發炮彈，於12日淩晨沉沒。"鄧肯"號隨即轉移火力，攻擊日軍"初雪"號，但"鄧肯"號衝得太前，夾在敵我之間，遭到雙方的射擊，雖然打開了識別燈，仍被擊中多處，鍋爐艙被毀，失去戰鬥力，向東北退去，於12日十時許沉沒。與此同時，美軍"法倫荷爾特"號驅逐艦也在戰鬥中被友艦擊傷。
"舊金山"號率領數艘美艦向西南航行，忽然發現1000米外有一艘軍艦，航向與美艦基本平行，還未分清敵我，該艦打開紅、白兩色識別燈，未見美艦回答就向右轉向規避，這一下再清楚不過了，棗是日艦，"舊金山"號立即打開探照燈，數艘美艦一起開火，當時就把日艦打得起火爆炸，不久沉沒。這是日軍的"吹雪"號驅逐艦。
斯科特見日艦向西北撤退，便於二十三時五十五分下令右轉，與日艦保持平行，以便發揚火力。五分鍾後，斯科特認為在追擊之前有必要整理一下隊形，就命令各艦打開識別燈，除受傷的"鄧肯"號和"法倫荷爾特"號未到外，其餘各艦排成單縱隊，向西北追擊。不久，"波伊斯"號雷達發現右後方有艘軍艦，用探照燈照射後，認定是日艦，就開炮射擊，遭到射擊的正是日軍"青葉"號，"青葉"號隨即還擊，炮火對射中，"波伊斯"號被擊中四發203毫米炮彈。接著日軍"衣笠"號也向"波伊斯"號射擊，又命中兩發203毫米炮彈。這時在"波伊斯"後麵的"鹽湖城"號向右轉舵，插到"波伊斯"號與日艦之間，用炮火壓製日艦，掩護"波伊斯"號撤出戰鬥。"鹽湖城"號與"衣笠"號進行了激烈炮戰，互有損傷。"舊金山"號在火控雷達指引下，以猛烈炮火向日艦射擊，迫使日艦後撤。
次日零時二十八分，斯科特惟恐後麵美艦將為首的"舊金山"號當作日艦，下令停止射擊，並第三次要求各艦打開識別燈，整頓隊形。等美軍整理好隊形，日艦已經遠去，斯科特便不再追擊，轉向西南撤出戰鬥。
天亮後，"仙人掌"航空隊出動飛機攻擊了撤退的日艦，但未有戰果。12日上午，"青葉"、"衣笠"和"初雪"三艘日艦回到肖特蘭島。
此戰，日軍巡洋艦、驅逐艦各一艘被擊沉，巡洋艦兩艘被擊傷，其中的"青葉"號被擊中四十餘彈，不得不進船塢大修，參戰的五艘軍艦隻有一艘完好無損。而美軍僅一艘驅逐艦被擊沉，兩艘巡洋艦和一艘驅逐艦被擊傷。日軍的失利完全是輕敵麻痹的惡果，日軍自恃夜戰優勢，認為美軍不敢與之夜戰，第8艦隊未組織有效的飛機偵察，第6巡洋艦戰隊也未進行臨戰偵察，甚至在增援編隊的計劃外航線上出現不明目標，也不及時采取應戰措施，在美軍突然而猛烈攻擊下，一敗塗地。日軍大本營感到臉上無光，連戰報都未發。日本海軍擅長夜戰的自信心開始動搖，士氣也大受挫傷。
而美軍的夜戰水平與薩沃島海戰時相比，已有了長足的進步，這一進步，來之不易，美軍在薩沃島海戰後，針對夜戰中存在的問題，進行了一係列的分析研究與強化訓練，製定了夜間組織協同和戰術動作要領，並多次組織艦艇部隊有意識選擇雷雨天氣進行夜戰演練，大大提高了部隊的夜戰能力。在此次海戰中，美軍的炮火命中率很高，擊中"古鷹"號九十餘發，"青葉"號四十餘發，"吹雪"號十餘發。而且戰術合理，行動協同，一戰雪恥，振奮了士氣，增強了勝利的信心。但美中不足的是，戰鬥中，兩次停火，錯失了有利的戰機，挫傷了銳氣，還給了日軍喘息之機，增加了自己不必要的傷亡；三次打開識別燈整理隊形，也不符合實戰要求。
日軍的運輸船隊則乘海戰之機順利在瓜島卸載，返航途中得知第6巡洋艦戰隊遭到失利，"古鷹"號受重創，失去航行能力，便派"白雲"號和"叢雲"號兩艘驅逐艦去支援。不久又接到第8艦隊的命令，加派"朝雲"號和"夏雲"號驅逐艦前去。山本獲悉戰況後，也派出岸基飛機搜索敵艦。
12日晨，日軍偵察機在薩沃島附近發現美軍的兩艘巡洋艦，其中一艘已經負傷，無法航行。日軍立即從拉包爾出動27架攻擊機、14架轟炸機和21架戰鬥機前去攻擊，後因天氣惡劣，中途返航。美軍也不斷派出飛機搜索攻擊，六時許，"仙人掌"航空隊的11架轟炸機攻擊了前去救援"古鷹"號的"白雲"、"叢雲"兩艦，但沒有取得戰果。八時許，從美軍航母上起飛的20架艦載轟炸機又攻擊了這兩艦，"叢雲"號被擊中，喪失航行能力。十四時，"叢雲"號受到了第三次空襲，被擊中起火，隻得由"白雲"號接下艦員。日落後，"白雲"見"叢雲"仍在燃燒並不斷爆炸，無法拖帶，隻好發射魚雷將其擊沉。
"朝雲"、"夏雲"知道"叢雲"號受傷，也趕來救援，中途遭到美軍11架艦載轟炸機的攻擊，"夏雲"號中彈，艦體炸裂，大量進水，於十四時二十分沉沒。日軍運輸船隊的其餘船隻於當晚返回了肖特蘭島，他們對第6巡洋艦戰隊的救援，不但沒有任何成效，反而損失兩艘驅逐艦。
第六節機場爭奪戰
範德格裏夫特自從9月18日得到了增援後，決定向外擴大防禦，以兩個營的兵力向馬塔尼科河西岸發展，不料丸山指揮的第2師團已經登陸，也正在這時向馬塔尼科河推進，雙方不期而遇，在叢林中爆發激烈的遭遇戰，美軍及時召喚炮火支援，在美軍猛烈炮火打擊下，日軍傷亡達700餘人，被迫後撤。美軍僅傷亡65人，由於兵力單薄，未能完成預定任務，但占領了日軍計劃炮擊機場的炮兵陣地。
進入10月，雙方都大力加強瓜島的力量，醞釀下一輪的爭奪。
10月9日，"仙人掌"航空隊得到了25架戰鬥機的加強。當晚，百武親率第2師團2000餘人和4門150毫米榴彈炮上島。
10月12日晚，美軍四艘魚雷快艇由驅逐艦牽引到達圖拉吉島，在那建立起魚雷快艇基地，以挑戰日軍所控製的夜間製海權。
10月13日，美軍陸軍第164團3000人、16輛輕型坦克、12門37毫米反坦克炮和大批補給送上瓜島，進一步加強了島上的力量。
日本海軍決定以水麵艦艇部隊炮擊亨德森機場，為奪取瓜島製空權創造條件。於10月11日從特魯克出動由兩艘戰列艦、一艘巡洋艦和九艘驅逐艦組成的炮擊編隊，前往瓜島執行炮擊機場任務，為摧毀機場設施、跑道和飛機，日艦攜帶的大口徑炮彈三分之一是燃燒彈和殺傷彈。為確保炮擊作戰的成功，日軍於13日白天兩次出動岸基航空兵空襲瓜島，並在瓜島海域上空巡邏掩護，巡邏中發現倫內爾島西南70海裏有美軍航母編隊活動，在圖拉吉島西北190海裏有美軍的戰列艦編隊，日軍判斷炮擊編隊進入鐵底灣很可能遭到阻擊，因此炮擊編隊到達佛羅裏達島時就已做好魚雷攻擊準備。山本還命令航母編隊南下，以應付美軍的航母編隊，潛艇部隊在敵艦隊可能的攔截航向上展開。
13日二十二時，炮擊編隊進到薩沃島以北，半小時後，看到埃斯佩蘭斯角的燈標，航速減到18節，從薩沃島南水道進入鐵底灣。然後起飛艦載機，飛機到達機場後照明飛機投下大型照明彈，校射飛機則在機場上空盤旋，"金剛"號和"榛名"號戰列艦先以曳光彈標示彈著點，校射飛機報告修正諸元，隨後356毫米主炮開始齊射，每次炮彈落地都引發一片大火，經過八十分鍾射擊，日軍共傾瀉了九百十八發356毫米大口徑炮彈，機場成為一片火海，美軍設在隆格角的127毫米岸炮還擊，因日艦位於射擊死角而毫無作用。圖拉吉島的美軍魚雷快艇出擊迎戰，被日軍的驅逐艦擊退，沒有取得戰果。這次炮擊共擊毀美軍戰鬥機42架，B-17重轟炸機6架，擊傷31架飛機，美軍陣亡41人，機場轟炸機主跑道被摧毀，隻有戰鬥機跑道勉強可以起飛，儲存的航空汽油幾乎全被燒毀。美軍的飛行員用虹吸管從被打壞的飛機油箱裏吸出每一滴油，集中起來保證剩下的飛機還能起飛作戰。
日軍聯合艦隊傾巢而出，由近藤信竹中將指揮4艘戰列艦、5艘航母、10艘巡洋艦和29艘驅逐艦，封鎖所羅門群島所有入口。
14日夜間，日軍第8艦隊由三川親自指揮以"鳥海"號、"衣笠"號重巡洋艦為核心的編隊，突入鐵底灣，再次炮擊亨德森機場，共發射了約750發203毫米炮彈。
15日夜間日軍又以"妙高"號、"摩耶"號重巡洋艦編隊炮擊亨德森機場，共發射1500餘發203毫米炮彈。這幾次炮擊給美軍造成了嚴重損失，"仙人掌"航空隊隻剩下8架B-17重轟炸機、10架SBD"無畏"俯衝轟炸機和24架F4F"野貓"戰鬥機，而且跑道被毀，燃料幾乎全被焚毀。
10月14日、15日，日軍乘"仙人掌"航空隊機場被毀、汽油短缺之際，連續組織運輸船隊向瓜島運送部隊。兩個夜間共送上島5500人和數門150毫米大炮，使島上的日軍增加到2.3萬人。
美軍為解決航空汽油緊缺的問題，從聖埃斯皮裏圖島派C-47運輸機空運燃料，但一次運送的燃料隻能供12架戰鬥機飛行一小時。再派"琥珀魚"號潛艇運來9000加侖的航空汽油和10噸炸彈，仍不能滿足需要。於14日出動由2艘運輸船、1艘供應艦、1艘掃雷艦和2艘驅逐艦拖帶3艘駁船組成的運輸船隊，運送6000桶航空汽油、375噸炸彈和大批補給品。15日早晨被日軍偵察機發現，為減少損失，隻以1艘掃雷艦和1艘驅逐艦繼續拖帶2艘駁船前進，其餘船隻返航。不久又發現有日艦在瓜島海域活動，隻得命令返航，途中因考慮到掃雷艦速度較低，難以擺脫日艦追擊，就決定棄艦，為不讓所帶的補給品落入日軍之手，驅逐艦在掃雷艦人員離船後，用魚雷將其擊沉。就在這時，日軍的35架艦載機飛來，"捕蠅鳥"號掃雷艦當即被擊沉，日軍損失3架飛機。美軍修建大隊不顧日軍空襲拚命工作，於遭到炮擊的次日下午修好了一條跑道，15日"仙人掌"航空隊憑借想盡一切辦法送來的燃料，升空作戰，一舉擊沉日軍剛卸下部隊返航的3艘運輸船。美軍組織多次運送物資行動，除16日一艘供應艦送上島十二條魚雷、四萬加侖航空汽油，其餘均未成功。
至10月20日，瓜島日軍已達2.3萬人，大炮近百門，並擁有強大海空支援。而美軍則因為機場幾近癱瘓，製空權、製海權都已易手，島上部隊後援困難，士氣低落。此時的瓜島已成為美國全國關注的焦點，尼米茲認為瓜島的局勢確實危急，但遠遠沒到絕望的地步，關鍵要奪取瓜島的製海權、製空權，首先要加強南太平洋戰區的領導，考慮到戈姆利缺乏膽識與魄力，從一開始就對戰局持懷疑的態度，對作戰指揮上的分歧不能妥善解決，導致部下怨聲載道。沒有能力扭轉這種危急局麵。尼米茲聽取了很多中下級軍官的意見，決定更換指揮官。10月15日，他推薦敢打敢拚有著"蠻牛"之稱的哈爾西中將接替戈姆利的職務。第二天就得到海軍總司令金上將的批準。10月18日，剛剛病愈出院的哈爾西接到就任南太平洋戰區司令的命令不覺失聲叫到："這可真是一個最燙手的土豆！"聽到將由深受官兵敬重的哈爾西來指揮，廣大中下級官兵聞訊後無不歡欣鼓舞，士氣為之一振！一位陸戰隊軍官回憶當時的情景："這是我永遠不會忘記的情景，那時我們忍受著瘧疾的折磨，連爬出戰壕的力氣都沒有，但聽到了哈爾西就任的消息，都高興得像羚羊一樣跑著跳著歡呼雀躍！"哈爾西到任後立即召開作戰會議，並將範德格裏夫特召到努美阿聽取有關瓜島情況的彙報，範德格裏夫特表示他還能堅持，但必須得到增援。哈爾西立即回答："我會把我的全部家底都給你！"
海軍作戰部長諾克斯和陸軍參謀長馬歇爾、陸軍航空兵司令阿諾德認為瓜島的戰鬥消耗著日軍的飛機、艦艇和兵員，將大大削弱日軍在太平洋其他地區的防禦，因此瓜島對整個戰局具有決定意義，一致同意尼米茲不需經參謀長聯席會議批準，就可從太平洋其他地區抽調飛機、軍艦增援瓜島。據此尼米茲可以放手向南太平洋調集兵力，先後調去了"南達科達"號戰列艦、24艘潛艇、80架各種飛機和陸軍第25師，而在8月24日海戰中受傷的"企業"號航母也於10月初修複參戰。
百武上島後對作戰作了全麵部署，計劃於16日起逐步清除美軍的外圍據點，22日分三路發起總攻，其中丸山中將親率第2師團主力主攻"血嶺"。丸山的部隊所走的道路要穿過茂密的叢林，日軍在叢林中中的行軍速度大大低於預計，22日丸山所部未能到達指定地點，隻得將進攻時間推遲。但由於通訊聯係中斷，另一路由須摩吉少將指揮的兩個團沒有接到推遲進攻的命令，按原計劃向美軍陸戰1團3營的陣地發起衝鋒，美軍早已預見到日軍的攻勢，對日軍可能的進攻線路進行了目標測定，所以炮火射擊異常準確猛烈，幾乎覆蓋了日軍的進攻隊形，而且美軍的反坦克炮大顯神威，擊毀了日軍8輛輕型坦克，日軍死傷慘重，進攻以失敗而告終，日軍付出了陣亡600人的代價，一無所得。
這次進攻使美軍警覺起來，加固了防禦工事，增加了潛伏偵察哨，在陣地前的鐵絲網上掛上很多金屬片，使日軍一接近就會被發現，還將陣地前影響射界的茅草全部清除，做好了防禦準備。
丸山的部隊曆盡艱難，直到24日十六時才到達指定位置，此時因為他的部隊遲遲未到，百武已經六次推遲進攻時間了，正當日軍要發起總攻，突降暴雨，部隊根本無法看清目標，丸山隻得再推遲兩小時。兩小時後，日軍終於開始總攻，狂呼著衝向美軍陣地，美軍早已嚴陣以待，棗美軍的潛伏偵察哨早就報告了日軍的動態，特別是第二線陣地的陸軍第164團裝備的是新式半自動步槍，火力極強，日軍幾乎是迎著雨點般的子彈衝鋒，一片一片被掃倒，日軍的第一次衝鋒就這樣被擊退。丸山隨即組織了第二次衝鋒，日軍踏著同伴的屍體如潮水般湧來，美軍以密集火力射擊，日軍不顧一切拚死衝擊，個別地段的日軍取得了突破，美軍仍堅守不退，很多地段都發生了慘烈的白刃肉搏，丸山以為勝利在握，發出了攻占機場的電文。日軍5艘滿載士兵的驅逐艦在1艘巡洋艦的護衛下立即向瓜島進發，準備為陸軍提供炮火支援並一舉占領全島。但美軍的整個戰線並未崩潰，海軍陸戰隊發揚了頑強的戰鬥作風，終將日軍的進攻粉碎。日軍陣亡約1000人，美軍彈藥消耗驚人的高，有一名機槍手一個晚上竟然發射了兩萬六千發子彈！黎明時分，丸山被迫放棄進攻，發出占領機場尚有困難的電文。天亮後，"仙人掌"航空隊、聖埃斯皮裏圖島的岸基飛機和航母艦載機對接到川口電文而出動的日軍艦隊實施了攻擊，擊沉了"由良"號巡洋艦，擊傷"秋月"、"五月雨"號驅逐艦，迫使日軍返航。日軍還對亨德森機場發動了空襲，遭到了美軍的堅決抗擊，海軍修建大隊在日軍炮擊的間隙搶修機場跑道，使戰鬥機能及時起飛迎戰，結果日軍在空戰中損失22架飛機，被高射炮擊落5架，共27架，而美軍僅損失3架。
10月25日晚，丸山孤注一擲，發動了最後的決死攻擊。日軍拍著槍托有節奏的用英語叫道："為天皇討還血債！美國海軍陸戰隊！到明天就死！"美軍毫不示弱回罵："為羅斯福討還血債！讓天皇見鬼去！"接著日軍發起了自殺性的衝鋒，就在美軍的鐵絲網前被密集的子彈成片打倒，丸山指揮活著的人，一次次發起攻擊，即使日軍付出慘重代價取得了局部的突破，隨即就被美軍縱深火力所消滅，整個夜間日軍一共發起七次攻勢，都被擊退，天亮時日軍留下的屍體就達2500具，丸山見敗局已定，隻得下令撤退，這在第2師團的曆史上還是首次戰敗。精銳的"仙台"師團遭到滅頂之災，士兵陣亡約三分之一，軍官陣亡近一半，可謂元氣大傷。丸山率領殘部退入叢林，接下來的五天艱苦行軍使這支部隊的死亡率更是高達50%，成為真正的死亡行軍。但百武仍不甘心失敗，他認為島上還有1.5萬日軍，隻要再派一個師，仍有取勝的把握，電告拉包爾請求速派第38師團上島參戰。
聖克魯斯群島海戰
早在10月10日，日軍聯合艦隊就從特魯克傾巢出動，準備與美國海軍決戰，日軍艦隊分為兩部分，一是前進部隊，由近藤信竹中將指揮，下轄航母編隊，計有航母2艘（"隼鷹"號和"飛鷹"號）、驅逐艦4艘，艦載機98架；戰列艦編隊，計有戰列艦2艘，重巡洋艦4艘，輕巡洋艦1艘，驅逐艦12艘。二是機動部隊，由南雲忠一中將指揮，下轄航母編隊，計有航母3艘（"翔鶴"號、"瑞鶴"號和"瑞鳳"號），重巡洋艦1艘，驅逐艦8艘，艦載機171架；戰列艦編隊，計有戰列艦2艘，重巡洋艦3艘，輕巡洋艦1艘，驅逐艦7艘。共有航母5艘，戰列艦4艘，重巡洋艦4艘，輕巡洋艦2艘，驅逐艦31艘，艦載機269架。山本指定由近藤統一指揮。
10月22日，"飛鷹"號航母因主機故障，由2艘驅逐艦保護返回了基地。至24日，日軍艦隊一直在所羅門群島以北海域活動，等待戰機。由於陸軍在瓜島的作戰一再推延，山本向百武發電催促，如不迅速占領機場，艦隊將因燃料耗盡而不得不返回。但陸軍在24日、25日的進攻都告失敗，山本決定海軍將不管瓜島上的戰鬥結局如何，仍與美軍艦隊決戰。10月24日，日軍艦隊進行海上加油後，連夜南下。
美軍此時在南太平洋地區的海軍兵力共有三個編隊，第16特混編隊，由金凱德少將指揮，編有航母1艘（"企業"號）、戰列艦1艘，巡洋艦2艘，驅逐艦8艘，艦載機82架；第17特混編隊，由莫雷爾少將指揮，編有航母1艘（"大黃蜂"號）、巡洋艦4艘，驅逐艦6艘，艦載機87架；第64特混編隊，由李少將指揮，編有戰列艦1艘、巡洋艦3艘、驅逐艦6艘。
10月20日前後，第16、17特混編隊先後出海。
10月23日，美軍的巡邏飛機在聖埃斯皮裏圖島以北650海裏處發現日軍航母編隊。當晚，聖埃斯皮裏圖島的岸基航空兵就派出數架水上飛機攜帶魚雷前去攻擊，沒有找到日軍航母，就攻擊了日軍的"築摩"號巡洋艦，但沒有取得戰果。
10月24日十時許，第16、17編隊在聖埃斯皮裏圖島東北270海裏會合，哈爾西指定由金凱德統一指揮，命令他率部前往聖克魯斯群島以北，以阻截駛向瓜島的日軍艦隊。而第64特混編隊則前出到瓜島海域，阻止日軍對瓜島的增援和對機場的炮擊。
日軍機動部隊司令南雲認為美軍在圖拉吉島和聖克魯斯群島都部署有航程較大的水上飛機，隻要進入距這些島嶼650海裏範圍裏，就可能被發現，為了不重蹈中途島戰役的覆轍，南雲決定盡量隱蔽自己，幾天來隻要被美軍發現就向北撤。山本對南雲的這種過分謹慎極為不滿，命令他不顧天氣和敵情，堅決投入戰鬥。但當日軍的"築摩"號遭到美軍水上飛機攻擊後，南雲仍再次率部北撤。山本知道後，又來電督促他前進，於是，南雲不得不掉頭南下。
10月25日，雙方艦隊的距離在迅速縮小，但都不知道對方的具體位置，為此都派出飛機全力搜索。
五時許，哈爾西向金凱德發出了著名的命令："進攻！進攻！再進攻！"
十時許，美軍的一架水上飛機在航母特混編隊西北360海裏處發現日軍的2艘航母，但因為雨大雲厚，很快失去了與日艦的接觸。十一時三十分，金凱德命令"企業"號派出12架飛機前去偵察，又於十二時二十分再加派29架飛機前去攻擊。由於日軍被發現後就轉向北撤，這兩批飛機都未找到目標，返回母艦時天色已黑，其中一架在著艦時墜毀，另有六架因燃料耗盡在海上迫降。
十六時，日軍機動部隊轉向南進，十九時，前進部隊也轉向南進。山本隨即發出指示："陸軍計劃於今夜攻占機場，敵軍艦隊明日在瓜島海域出現的可能性極大，聯合艦隊務必將其殲滅。"這時日軍聯合艦隊的態勢是：機動部隊的戰列艦編隊在前，航母編隊則在其後麵50海裏；前進部隊位於機動部隊的西北100海裏，其戰列艦編隊在東，航母編隊在西，這四個編隊都相距不遠，彼此都能看到，以便協同，一起向南搜索前進。
10月26日二時許，日軍機動部隊派出13架飛機分扇區進行搜索。
三時許，金凱德命令"企業"號航母出動16架偵察轟炸機，以兩機為一組，分扇區搜索，每機都攜帶一枚227公斤炸彈，一旦發現目標就可立即實施攻擊。
美軍的一個雙機組在距"企業"號85海裏處遇到了日軍的一架偵察機，雙方都急於尋找對方的艦隊，互不理睬，擦肩而過。
四時十七分，美軍的這個雙機組發現了日軍機動部隊的戰列艦編隊，並繼續向北搜尋日軍的航母編隊。
四時五十分，日軍的那架偵察機發現了美軍艦隊，並立即發回報告，可惜把自己的編號報錯，使得所報的方位有誤，也就使母艦無法馬上派出飛機。
五時許，美軍的另一個雙機組發現了日軍機動部隊的"瑞鳳"號航母，日軍立即起飛9架戰鬥機攔截，同時"瑞鳳"號一麵施放煙幕，一麵規避。美機躲入雲層，巧妙避開了日機的攔截，然後突然從雲中俯衝而下，向"瑞鳳"號投下了炸彈，一枚炸彈命中，將飛行甲板炸開了一個直徑15米的大洞，使其無法再回收飛機，艦長隻好起飛剩下的所有飛機，然後在2艘驅逐艦的保護下向北撤退。
在美機攻擊"瑞鳳"號之前，南雲就得到了美軍艦隊正確位置的報告，遂於五時二十五分起飛21架轟炸機、20架魚雷機和21架戰鬥機，共62架飛機向美艦飛去。
金凱德接到發現日軍報告後，五時三十分命令"大黃蜂"號出動第一攻擊波，15架轟炸機、6架魚雷機和8架戰鬥機，共29架，六時"企業"號出動第二攻擊波，3架轟炸機、8架魚雷機和8架戰鬥機，共19架，六時十五分"大黃蜂"號起飛第三攻擊波，9架轟炸機、9架魚雷機和7架戰鬥機，共25架，先後向日軍飛去。
日美雙方的攻擊機群正巧在途中相遇，起初雙方互不理會，突然12架日軍戰鬥機出列，迅速搶占有利高度，衝向美軍第二攻擊波的飛機，隨即爆發了空戰，美軍損失魚雷機、戰鬥機各3架，日機則損失4架。
六時四十分，美艦雷達發現一批飛機正在逼近，但和己方的出擊機群航向一致，一時分不清敵我。等到辨清敵我，日機離母艦已不到50海裏，"企業"號迅速躲入附近的雷雨區，未被日機發現，而在晴朗陽光下的"大黃蜂"號則成為日機集中攻擊的目標，盡管美軍在空中有38架戰鬥機掩護，但由於"大黃蜂"號的戰鬥機引導官缺乏經驗，將戰鬥機部署離母艦太近，還來不及上升到一定高度，日機就已經臨空了，七時十分轟炸機先開始俯衝，有一枚炸彈命中，在飛行甲板後部爆炸，還有一架轟炸機被防空火力擊傷後，一頭撞在飛行甲板上，機上所攜的兩枚炸彈一起爆炸。隨後，魚雷機開始攻擊，有兩條魚雷擊中機艙。接著又被三枚炸彈擊中，還有一架起火的日機撞在艦上，傷勢嚴重，機艙進水，電力中斷，通訊斷絕，艦體四處起火，開始傾斜，失去機動能力。日機離去後，艦員迅速撲滅了大火，由"諾思安普敦"號巡洋艦拖曳著返航。
就在日機攻擊"大黃蜂"時，美機也對日軍發起了攻擊，七時三十分第一攻擊波的15架轟炸機到達日軍艦隊上空，盡管遭到了日軍戰鬥機的攔截，被擊落、擊傷各2架，但其餘飛機突破成功，向南雲的旗艦"瑞鶴"號俯衝投彈，"瑞鶴"一邊以全部防空火力對空射擊，一邊竭力規避，美機以200米高度從艦首方向進入，投彈命中率較高，"瑞鶴"號連中四彈，飛行甲板、機庫、炮塔都被炸起火，通訊中斷，南雲隻得將指揮部轉移到"嵐"號驅逐艦。而第一攻擊波中的6架魚雷機與轟炸機失去聯係，未能找到日軍航母，就攻擊了日軍的"鈴穀"號巡洋艦，但未擊中。
美軍的第二攻擊波因為途中遭遇日軍攻擊機群，發生過空戰，隊形被打亂，分為兩隊，一隊3架轟炸機攻擊了日軍"霧島"號戰列艦，另一隊4架魚雷機攻擊了"築摩"號巡洋艦，都沒命中。而第三攻擊波也沒找到日軍航母，攻擊了機動部隊的戰列艦編隊後返航。
六時四十五分，日軍起飛第二攻擊波，"翔鶴"號出動19架轟炸機和5架戰鬥機，"瑞鶴"號出動了16架魚雷機和4架戰鬥機。八時許飛臨美軍艦隊上空，見"大黃蜂"號已經烈焰衝天，濃煙滾滾，就轉而攻擊"企業"號，"企業"號和伴隨的"南達科他"號戰列艦都裝備有大量四聯裝40毫米機關炮，而且使用最新式的對飛機具有極大殺傷力的近炸引信炮彈，防空火力很強，"翔鶴"號的機群首先發起攻擊，在俯衝時就被擊落一大半，隻有兩彈命中"企業"號，一中飛行甲板，一中機庫，此外還將"史密斯"號驅逐艦擊傷。隨後"瑞鶴"號的魚雷機群投入攻擊，但在攻擊前就被美軍的戰鬥機和防空炮火擊落了7架，餘下的9架從左右兩側對"企業"號實施魚雷夾擊，都被"企業"號規避。就在日機攻擊時，日軍"伊-21"號潛艇也乘火打劫，將"波特"號驅逐艦擊沉。
日軍前進部隊通過偵察機的報告知道美軍艦隊的位置後，近藤於七時十四分命令"隼鷹"號航母起飛17架轟炸機和12架戰鬥機前去攻擊。到達美艦隊所在海域發現"大黃蜂"號已煙火彌漫，奄奄一息，便轉而準備攻擊附近的巡洋艦，就在將要發起攻擊時，忽然見另一艘航母從雨區駛出，棗正是"企業"號，日機隨即向"企業"號發起攻擊，此時天空中布滿雲層，在一定程度上遮蔽了日機向"企業"號的接近，美軍利用剛才兩次空襲的間隙集中了兩艘航母的戰鬥機全力保護"企業"號，日機剛鑽出雲層開始俯衝就遭到了凶猛的攔截，攻擊隊形完全被打亂，還被擊落了8架，當日機好不容易突破攔截準備攻擊時卻找不到"企業"號了，隻好攻擊"南達科他"號戰列艦和"聖胡安"號巡洋艦，這兩艦各中一彈，受了輕傷。
至中午時分，日軍已經取得了很大戰果，但自身損失也不小，近藤決定調整部署，以利再戰，命令受傷的"瑞鳳"號和"翔鶴"號北撤，前進部隊和機動部隊的兩支戰列艦編隊向南搜索，以擴大戰果，"隼鷹"號和"瑞鶴"號在戰列艦編隊後麵跟進，負責提供空中支援。
美軍方麵金凱德見自己部隊損失慘重，便率艦隊向東撤退，隻有"大黃蜂"號航母在"諾思安普敦"號的拖曳下以8節航速緩緩而行，逐漸落在後麵。
下午，日機又對"大黃蜂"號進行了四次攻擊，先後命中一條魚雷和兩枚炸彈，"大黃蜂"號主機艙進水，多處起火，艦體傾斜十四度，第17特混編隊司令莫雷爾見無可挽回，隻得下令棄艦，一直在艦上堅持搶救的損管隊員這才離艦，十七時許，護航的驅逐艦"麥斯廷"號和"安德森"號接下航母艦員後，奉命將其擊沉，但兩艦向航母發射了全部魚雷和四百餘發炮彈，還沒將其擊沉。鑒於日軍艦隊即將逼近，隻得離去。二十時許，日軍的戰列艦編隊趕到，見其已成為一片火海，而且不時發生爆炸，無法拖帶，便由"卷雲"號和"秋雲"號驅逐艦各發射兩條魚雷，最終將其擊沉。日軍在附近海域再沒發現美艦，便掉頭北返。
10月27日淩晨，返航中的日軍艦隊遭到了從聖埃斯皮裏圖島起飛的水上飛機的魚雷攻擊，有一艘驅逐艦被擊傷。近藤不敢久留，率領艦隊一直撤往特魯克。
聖克魯斯群島海戰，是太平洋戰爭中日美雙方的第四次航母大戰，在這次海戰中，美軍沉航母、驅逐艦各一艘，傷航母、戰列艦、巡洋艦、驅逐艦各一艘，損失艦載機74架。日軍無一艘軍艦沉沒，僅傷航母兩艘，巡洋艦、驅逐艦各一艘，損失艦載機100架。從損失情況看，日軍是毫無疑問的勝利者，日軍大本營對此戰績以高度評價，天皇因此向山本賜予敕語，以表彰聯合艦隊的英勇善戰。
從戰術上看，日軍取得了勝利，但從爭奪瓜島的全局上看，此役的勝利對瓜島的得失，影響不大，因為海戰的勝利對地麵作戰毫無幫助，幾乎在同一時間裏瓜島上日軍對機場的第二次總攻又告失敗，第2師團主力損失大半，日軍陸海軍聯合進攻奪取瓜島的計劃再次破產。從戰略上看，日軍在戰役中損失的艦載機和有經驗的飛行員，是難以彌補的，尤其是日軍再也損失不起有經驗的飛行員了，在此次戰鬥中美軍就已經明顯感覺到日軍飛機的攻擊，遠不及戰爭初期那麼機警、老道。而美軍正相反，無論航母、艦載機還是經過充分訓練的飛行員的補充，源源不斷，這正是日軍所無法比擬的優勢，這樣下去，美軍將越來越強大，日軍則將越來越衰弱，從這個角度來看，美軍是用戰術上的失利換取了戰略上的勝利。
10月24日，羅斯福總統指示參謀長聯席會議盡最大努力向瓜島運送物資和人員。在總統的親自過問下，美軍除向瓜島調派剛建成的最新式巡洋艦、驅逐艦和潛艇，還從夏威夷和澳大利亞抽調飛機、艦艇，加強南太平洋部隊。
10月26日，聖克魯斯群島海戰結束後，美國海軍在南太平洋上的主力軍艦隻剩下一艘受傷的航母和一艘戰列艦，瓜島亨德森機場上的"仙人掌"航空隊也因為連日的戰鬥，飛機數量降低到29架，為開戰以來的最低。但美軍利用所羅門群島上的岸基航空兵還掌握著瓜島海域的製空權，這就保證美軍能向瓜島進行必要的增援和補給，哈爾西將一切可以動員起來的運輸工具都用於瓜島，全力運送彈藥、燃料、食品。10月30日，被士兵們戲稱為"長臂湯姆"的155毫米榴彈炮運上瓜島，這是範德格裏夫特急需的火炮，它無論是在射程上，還是在射擊效果上都勝過日軍的150毫米火炮。
海戰的勝利並沒有改變瓜島日軍的艱難處境，瓜島上的美軍於10月26日發動反擊，日軍因為連日激戰，傷亡慘重，而且補給缺乏，疾病纏身，無力抗擊美軍的攻勢，被迫退入叢林。日軍在叢林中飽受折磨，瓜島的"瓜"日語讀音有饑餓的意思，日軍便將瓜島稱為"饑餓島"，又由於瓜島之戰傷亡巨大，而且看不到結束的跡象，還有人把瓜島叫做"無底洞"。東京的廣播中則把美國海軍陸戰隊第1師叫做"瓜島屠夫"，從這些稱呼中，可見日軍的士氣之低落，為鼓舞士氣日軍甚至向瓜島派來了"慰安婦"。
11月1日，反擊的美軍渡過了馬塔尼科河，一路上遭到的抵抗微乎其微，一直到克魯斯角，日軍才憑借著複雜的地形，進行了頑強的防禦，美軍在強大炮火支援下，經過激戰終於占領了日軍陣地。
日軍大本營認為聖克魯斯海戰後，戰局正向有利於日軍的方麵發展，隻需進一步加強瓜島的力量，就可取得最後勝利。決定將駐東印度群島的獨立混成第21旅團調往拉包爾，歸第17軍建製，還抽調在中國戰場的第51師團，投入南太平洋戰場，並盡快運送瓜島所需的作戰物資。10月27日大本營陸軍部作戰科科長服部卓四郎和主任參謀近藤傳八登上瓜島，協助百武製定作戰計劃，組織第三次總攻。計劃在11月上旬將第38師團主力送上瓜島，12月上旬將第51師團送上瓜島，再集中相當數量的重炮和充足的彈藥，於12月中下旬發起第三次總攻，屆時還將以第6師團一個最精銳的步兵團搭乘裝甲運輸艦實施敵前登陸，配合作戰。
盡管日軍在聖克魯斯海戰中獲勝，但兩艘航母受傷，不得不回國修理，而且艦載機損失慘重，一時也無法補充，使得機動部隊必須回國休整。而南太平洋地區的岸基航空兵也在戰鬥中受到了很大損失，加上缺乏前進基地，必須從拉包爾起飛，受航程限製隻能在瓜島上空停留十五分鍾，因而不能對瓜島美軍機場實施有效的壓製，根本無法取得瓜島的製空權，也就無法組織大規模的運輸，還是隻能利用驅逐艦進行夜間運輸。自11月2日至10日，日軍先後出動驅逐艦65艘次、巡洋艦2艘次向瓜島運送部隊和給養，但軍艦的載重量有限，運送的人員物資有限，而且無法運送重裝備，難以組織第三次總攻。
11月7日，"仙人掌"航空隊攻擊了停留在"槽海"裏準備晚上進行運輸的日軍11艘驅逐艦，接著圖拉吉島的魚雷艇也加入攻擊，挫敗了日軍的運輸。
11月8日，哈爾西親自飛抵瓜島，作短暫視察，以鼓舞士氣，在島上進行的記者招待會上，他發表了著名的打贏戰爭的方案："消滅日本鬼子！消滅日本鬼子！不斷消滅日本鬼子！"這一方案立即就成為報紙的頭條新聞。當哈爾西剛回到努美阿的司令部，就得到了珍珠港海軍特別情報小組的報告，他們成功破譯了日軍新密碼，掌握了日軍的作戰計劃：11月11日空襲瓜島機場，12日晚水麵艦艇炮擊瓜島機場，13日出動航母編隊，掩護大批地麵部隊在瓜島登陸。結合空中偵察和其他途徑的偵察，也發現日軍在特魯克、拉包爾和肖特蘭島地區調動頻繁，看來一場大戰是迫在眉睫了。
範德格裏夫特知道了日軍的計劃，為了阻止日軍可能的登陸，指揮部隊繼續推進，11月10日在猛烈炮火支援下，對日軍的灘頭陣地發起鉗形攻勢，經過激戰後，除小部日軍逃入叢林外，大部被殲，美軍奪取了對其具有較大威脅的利科灘頭陣地，並將日軍在灘頭囤積的物資盡數摧毀。
盡管驅逐艦運輸的人員不多，但至10日日軍在瓜島上的部隊已達3萬，鑒於即將開始的總攻，迫切需要運送大批部隊和重裝備，單靠驅逐艦的夜間運輸是遠遠不夠的，日軍決定組織一支大型運輸船隊，將第38師團的1.35萬人和重裝備送上瓜島，這支船隊由11艘快速運輸艦和12艘驅逐艦組成，由經驗豐富的田中賴三少將指揮，12日從肖特蘭島出發，計劃14日抵達瓜島。為確保這支船隊的安全，聯合艦隊出動航母2艘、戰列艦4艘、巡洋艦12艘和驅逐艦36艘組成的艦隊，提供掩護與支援，並將於12日、13日夜間對瓜島亨德森機場進行大規模炮擊。
美軍也為了迎擊日軍的攻勢，全力向瓜島運送部隊、裝備和物資，哈爾西也組織了一支運輸船隊，運送約6000人的陸軍和海軍陸戰隊部隊和重裝備，這支船隊分為兩部分，A編隊由斯科特少將指揮，編有3艘登陸運輸艦，由1艘巡洋艦和4艘驅逐艦護航，11月9日從聖埃斯皮裏圖島出發，計劃於11日到達瓜島；B編隊由卡拉漢少將指揮，編有4艘運輸艦，由4艘巡洋艦和8艘驅逐艦護航，11月8日從努美阿起航，計劃於12日到達瓜島。當哈爾西知道日軍聯合艦隊大舉出動，盡管"企業"號航母和"南達科他"號戰列艦都還沒有修好，哈爾西還是命令帶傷出戰，金凱德指揮第16特混編隊，李率領第64特混編隊全部開往瓜島，並命令駐聖埃斯皮裏圖島的岸基航空兵和在所羅門群島活動的24艘潛艇，積極支援水麵艦艇的行動。
正是由於日美雙方幾乎在同一時間，都向瓜島派出了強大的海上兵力，於是一場海戰終於爆發了。
瓜島以北海戰
（一）
美軍斯科特率領的A編隊因為在航行途中被日軍水上飛機發現，所以在11日到達瓜島的隆格角後，就遭到了日機的空襲，日軍飛行員的素質比開戰初期下降很多，投下的炸彈沒有一枚命中，隻有一艘運輸艦被近失彈炸傷，艙裏有些進水，把所運載的部隊和物資全部卸下後，就由一艘驅逐艦護衛，向聖埃斯皮裏圖島返航，其餘艦隻則逗留在瓜島海域。12日三時許，B編隊到達隆格角，隨即開始卸載，A、B兩編隊的護航艦隻共同在附近海域警戒掩護。上午美軍在布幹維爾島上的海岸監視哨報告有大批日機飛來，增援編隊總指揮特納少將命令暫停卸載，所有船隻編成防空隊形出海迎戰。十二時許，日機臨空，在美軍的抗擊下所投的魚雷、炸彈無一命中，隻有一架日機被擊傷後故意撞擊了"舊金山"號巡洋艦，撞壞了火控雷達，並造成了約五十人的傷亡。日機返航後，美艦又返回錨地，繼續卸載。
為了更準確掌握敵情，美軍於12日派出多架飛機進行偵察，九時許一架偵察機報告在瓜島以北335海裏發現日軍2艘戰列艦、1艘巡洋艦和6艘驅逐艦。後來又有偵察機報告在瓜島以西發現5艘驅逐艦。十五時許，偵察機報告在瓜島以西265海裏有日軍航母、驅逐艦各2艘。特納根據這些報告，認為這還不是日軍的全部艦隻，因為還沒發現日軍增援編隊，但是單憑這些兵力就足以對美軍構成嚴重威脅，特納判斷日軍這些軍艦的目的是攻擊美軍的運輸艦和炮擊機場，下午，運輸船所攜帶的物資90%都已卸下，運輸船隻隨時都可撤離，但特納考慮到這些卸下的物資還來不及運走，都堆積在灘頭，如果日艦隊到來那會是很好的目標，而且機場也極有可能遭到炮擊，就決定運輸船返航，護航軍艦則留下來迎戰。
12日晚飯後，特納率領4艘運輸艦和2艘登陸運輸艦在3艘驅逐艦和2艘掃雷艦護衛下，離開瓜島向聖埃斯皮裏圖島返航。斯科特和卡拉漢則指揮所有的護航軍艦將特納的運輸艦護送到瓜島以南的安全海域，然後返回鐵底灣。由於留下的13艘軍艦中主要是卡拉漢指揮的B編隊的護航艦隻，所以特納指定由卡拉漢負責統一指揮，現在卡拉漢既來不及進行偵察，也來不及擬定作戰計劃，他隻知道日軍在數量上和火力上都占有優勢，這必定是一場苦戰。他仿效斯科特在埃斯佩蘭斯角海戰中采取的隊形，以單縱列魚貫而行，4艘驅逐艦為前衛，5艘巡洋艦居中，4艘驅逐艦殿後，沿瓜島北海岸西行。美軍最大的缺陷是卡拉漢的旗艦"舊金山"號和斯科特的旗艦"亞特蘭大"號都沒裝備新型大功率雷達，使得他們隻得借助裝備新型雷達的友艦來獲得情報，這給指揮上帶來了很大的製約，也為即將開始的作戰埋下了失敗的伏筆。
日軍為壓製美軍的岸基航空兵，保障增援編隊安全抵達瓜島，計劃先出動炮擊編隊炮擊亨德森機場，這一任務由阿部弘毅中將指揮的第一炮擊編隊承擔，共有2艘戰列艦、1艘巡洋艦和14艘驅逐艦。12月9日和聯合艦隊主力一起從特魯克出發，12日早上被美軍偵察機發現，仍繼續南進。晚二十三時，到達薩沃島以西，準備經薩沃島南水道進入鐵底灣此時的航行隊列是："比睿"號、"霧島"號戰列艦以單縱列魚貫而行，"長良"號巡洋艦和"雪風"、"天津風"、"照月"、"曉"、"電"、"雷"六艘驅逐艦在戰列艦前方排成半圓形警戒圈，在警戒圈前方"朝雲"、"時雨"、"五月雨"號驅逐艦為左前衛，"夕立"、"春雨"號驅逐艦為右前衛，以防備美軍魚雷艇可能的攻擊。還有3艘驅逐艦則在薩沃島以西巡邏警戒。雖然阿部知道白天在鐵底灣有美艦活動，但他認為仍會像以往一樣，日落後這些美艦就會撤走，根本沒想到會在夜間遭遇美艦，所以采取了這樣的航行序列。
12日二十三時三十分，裝備新型雷達的"海倫納"號巡洋艦發現了遠在14海裏外的日軍艦隊，但卡拉漢沒有利用這一先敵發現的機會先敵攻擊，而是指揮美艦進行了兩次右轉，企圖像在埃斯佩蘭斯角海戰那樣，占據T字橫頭陣位。就在美艦機動過程中，最前麵的"庫欣"號驅逐艦突然發現日軍艦隊就在3000米外，一麵報告，一麵立即轉舵以搶占發射魚雷的有利位置，這樣一來，後麵的3艘驅逐艦為了避免碰撞，隻好跟著急轉，居中的巡洋艦則迅速左轉以避開急轉的驅逐艦，美軍艦艇之間的距離迅速縮小，隊形也紊亂起來。
就在這時，日軍也發現了美艦，因為沒有料到會在夜間遭遇美艦，一時倒也把日軍給弄了個措手不及，阿部立即下令將原準備射擊機場的高爆彈和燃燒彈換成攻擊軍艦的穿甲彈，日軍的運彈手動作極快，在短短十分鍾裏，完成了換彈工作，作好了攻擊美艦的準備。
卡拉漢因為旗艦雷達性能欠佳，要依靠裝備新型雷達的友艦來報告敵情，這樣聽取報告和向各艦下達命令都使用同一部報話機，幹擾很大，"庫欣"號請求允許其實施魚雷攻擊，當"庫欣"號收到同意攻擊的答複時，已經找不到準備攻擊的目標了。
二十三時五十分，美軍編隊與日軍編隊混雜在一起，日艦"比睿"號打開了探照燈，正照在美軍巡洋艦隊列的第一艘"亞特蘭大"號上，在"亞特蘭大"號上的斯科特一見知道不妙，不等卡拉漢的命令就馬上下令："開火！反照射！"，說時遲那時快，日軍的第一批炮彈已經準確地擊中了"亞特蘭大"號的艦橋，正在艦橋上指揮作戰的斯科特和他的參謀人員，除一人外，全部喪生。隨著"亞特蘭大"號的開火，其餘美艦也開始射擊，一時間，炮聲四起，雙方你來我往，炮彈紛飛，魚雷翻騰，火光硝煙彌漫，隊形全被打亂，卡拉漢見左右都有敵艦，就下令："奇數艦向右射擊，偶數艦向左射擊。"這個命令看上去既對付了左麵之敵，又打擊了右麵之敵，實際上有的美艦在指定射擊的一側找不到目標，卻遭到另一側日艦的猛烈攻擊，頓時陷入混亂。日軍驅逐艦乘此時機，發動魚雷攻擊，已經受傷的"亞特蘭大"連中兩條魚雷，很快沉沒。"庫欣"號上前救助，卻被"比睿"號發現，隨即就遭到了猛烈射擊，"庫欣"號連射六條魚雷因日艦行動迅速無一命中，自己卻被日艦重炮擊中彈藥艙，引起爆炸而沉沒。"庫欣"號後麵的"拉菲"號驅逐艦幾乎與"比睿"號相撞，"拉菲"號立即發射魚雷，但因距離太近，保險裝置還來不及打開，魚雷擊中了"比睿"號卻沒爆炸，"拉菲"號隨即以20毫米機關炮掃射"比睿"號，"比睿"號還以顏色，用356毫米主炮猛轟，"拉菲"號連中兩彈，上層建築幾乎被炸飛，後來又被兩條魚雷擊中而沉沒。美軍第三艘驅逐艦"斯特雷特"號遵循卡拉漢的命令向右麵射擊，和"比睿"號展開炮戰，連連中彈，舵機、雷達均被打壞，仍堅持戰鬥，衝到距"比睿"號2000米處發射四條魚雷，可惜無一命中。第四艘驅逐艦"奧邦農"號正向1200米外的"比睿"號猛烈開炮，接到卡拉漢不要射擊友艦的指示，還以為是在誤擊友艦，便停止了射擊，等到分辨清楚，才恢複了射擊同時發射兩條魚雷，也沒命中。在混戰中，卡拉漢的旗艦"舊金山"號曾向數艘軍艦射擊，也有多發命中，他認為其中可能有誤擊友艦，就下令不要射擊友艦，並且要求瞄準大艦攻擊，不久就遭到日軍"霧島"號戰列艦的艦炮射擊，被擊成重傷，舵機失靈，無法控製，日軍的一艘驅逐艦從其左舷擦過，就在兩艦交錯之際，日艦乘機以機關炮掃射其上層建築，在艦橋指揮戰鬥的卡拉漢和艦長等軍官全部被掃倒，無一幸免。在"舊金山"後麵的"波特蘭"號巡洋艦先同右側的日艦炮戰，互有損傷，後又轉向北進與另一艘日艦對射，在混戰中被魚雷擊中艦尾，舵機被毀，失去航行能力，在原地直打轉，但仍在堅持戰鬥，向"比睿"號連連開炮，最後於次日被拖回圖拉吉島。"海倫納"號裝備新型雷達，對戰場形勢比較清楚，沒有誤擊友艦，對日艦進行了猛烈射擊，當日艦撤退時還以炮火延伸射擊，進行火力追擊。美軍最後一艘巡洋艦"朱諾"號在戰鬥中被魚雷擊中鍋爐艙，失去戰鬥力，隻得退出戰鬥。美軍殿後的四艘驅逐艦也迅速上前，投入戰鬥。"艾倫沃德"號向打開識別燈的日軍"夕立"號驅逐艦猛烈開炮，雙方展開激戰，最終將"夕立"號擊沉，自己也被擊中數彈，受了輕傷。"巴頓"號向日艦連射四條魚雷，自己被日軍一條魚雷擊中艦體中部，幾乎被炸成兩半，很快下沉。"蒙森"號向右麵的日艦一口氣射出十條魚雷，將日軍"曉"號驅逐艦擊沉，但他魯莽地打開探照燈準備尋找其他目標，卻反而暴露了自己，遭到日艦的密集射擊，先後被三十七發炮彈擊中，其中三發還是356毫米的重炮炮彈，燃起大火，於次日傷重沉沒。"弗萊徹"號驅逐艦裝備了新型雷達，能夠清楚辨別目標，在戰鬥中先向日艦射擊，當友艦也隨之向該敵射擊，它就向其他日艦轉移火力，再為友艦指示目標，起到了引導作用。也是這場海戰中美軍唯一未有任何損傷的軍艦。
這是一場如同陸地上白刃肉搏般的近戰，曆時僅二十四分鍾，美軍損失慘重，而日軍也付出了不小的代價，驅逐艦"夕立"、"曉"號被擊沉，"長良"號巡洋艦和"雷"、"雪風"、"天津風"號驅逐艦都有不同程度的損傷，旗艦"比睿"號戰列艦在戰鬥中成為美軍集中打擊的重點目標，中彈五十餘發，基本失去了戰鬥力，阿部對這樣混亂的夜戰感到心中無底，又害怕繼續深入鐵底灣會遭到圖拉吉島美軍魚雷艇的偷襲，於是決定放棄炮擊機場的計劃，由於"比睿"號傷勢越來越重，隻好於13日淩晨改以"雪風"號驅逐艦為旗艦，指揮餘部向北撤退，山本指示以"霧島"號拖帶"比睿"號返航，但阿部認為白天返航美軍飛機必會蜂擁而來，"霧島"不僅不能將"比睿"號帶回，而且很可能會白白陪葬，所以他沒有執行山本的命令，隻留下"長良"號巡洋艦在"比睿"號旁邊保護，其餘艦隻全速返航。果然不出所料，天亮後，美軍"企業"號的艦載俯衝轟炸機、瓜島"仙人掌"航空隊的轟炸機和聖埃斯皮裏圖島的B-17轟炸機一波接一波飛來，"比睿"號又連中數彈，眼看無法返航了，阿部於十六時下令將艦上的天皇照片轉移到"夕立"號，然後下令鑿沉。棗這使山本認為阿部沒有資格再指揮軍艦了。
美軍方麵，受傷較輕的"海倫納"號帶著受傷較重的"朱諾"和"舊金山"號巡洋艦在三艘驅逐艦的護衛下，向聖埃斯皮裏圖島撤退。但是美軍的災難還沒結束，13日十一時許，"朱諾"號剛駛出英迪斯彭塞布爾海峽，就遭到了日軍"伊-26"號潛艇的攻擊，被擊中一條魚雷，引起了大爆炸，就像是火山噴發那樣烈焰濃煙衝天而起，其他艦隻害怕再遭攻擊，不敢停留救助，加速南撤，"朱諾"號上七百多艦員除少數人僥幸獲救外，大多數人都葬身魚腹，其中包括依阿華州滑鐵盧鎮托馬斯暽忱姆蚋鏡奈甯齠櫻攔＞吮苊庠俅畏⑸庋牟揖紓匾獍洳繼趿睿娑ㄍ患易宓鬧畢登資舨壞迷諭凰揖⑸戲邸Ｖ鏈耍係閡員焙Ｕ降牡諞喚錐尾鷗娼崾謖獬『Ｕ街校讕鶚Р抑兀-2艘巡洋艦和4艘驅逐艦被擊沉，2艘巡洋艦和2艘驅逐艦擊傷，包括卡拉漢和斯科特兩將軍在內的近千人陣亡。但是應該看到，盡管美軍付出了極大的代價，卻阻止了日軍戰列艦對瓜島機場的炮擊，並由此迫使日軍的增援編隊中途折返，為以後的作戰創造了有利的條件。
（二）
由於12日阿部編隊未能按計劃炮擊瓜島機場，為保障增援編隊的航行安全，山本決定組織第二次炮擊機場的行動，由第8艦隊司令三川指揮4艘重巡洋艦、2艘輕巡洋艦和6艘驅逐艦組成第二炮擊編隊，三川所部自11月9日起已經連續三天進行了對岸射擊訓練，接到命令後就於13日四時三十分從肖特蘭島出發，為避開美軍的空中偵察，特地繞道希瓦澤爾島和聖依薩貝爾島以北，於午夜時分抵達薩沃島海域，三川將所部12艘軍艦分為兩隊，以第7戰隊司令西村指揮2艘重巡洋艦、1艘輕巡洋艦和4艘驅逐艦組成炮擊分隊，衝進鐵底灣，直撲瓜島；三川則指揮餘下的2艘重巡洋艦、1艘輕巡洋艦和2艘驅逐艦組成主力分隊，在薩沃島以西警戒，掩護炮擊分隊的行動。
二十三時三十分，炮擊分隊駛抵瓜島的隆格角海域，重巡洋艦上的艦載水上飛機起飛，在機場上空投下照明彈，並為軍艦提供目標指引和彈著校正，日艦隨即開始炮擊，"鈴穀"號重巡洋艦發射203毫米炮彈504發，"摩耶"號重巡洋艦發射203毫米炮彈485發，兩艦共發射989發，擊毀美軍轟炸機1架、戰鬥機17架，擊傷戰鬥機32架，並將跑道炸得彈痕累累。幸虧是巡洋艦的203毫米炮彈，如果是戰列艦的356毫米炮彈的話，這個機場肯定完了，因為203毫米炮彈對機場跑道的損壞遠沒有356毫米炮彈的嚴重。而且經過海軍修建大隊的通宵努力工作，跑道上的彈坑基本被填平，黎明前又可以起飛飛機了。日軍的炮擊分隊在進行了三十分鍾炮擊後，立即撤出鐵底灣，14日拂曉與主力分隊在新喬治亞島以南海域會合，再一起返回肖特蘭島。
山本獲悉阿部未按計劃炮擊機場後，就命令已經到達科倫班加拉島以東的田中增援編隊返航，增援編隊奉命於13日十一時回到了肖特蘭島。但為了能在14日夜間將部隊和物資運上瓜島，趕上即將開始的總攻，增援編隊又於13日十五時三十分再次出航，在途中得知三川對瓜島機場實施了炮擊，田中認為美軍不可能出動飛機前來攻擊，就加速南下。直到14日五時許，在新喬治亞島以東才被美軍的偵察機發現。
美軍原以為經過12日夜間慘烈的海戰已經阻止了日軍的攻勢，但13日夜間亨德森機場再次遭到炮擊，14日早晨又發現日軍的增援編隊，可見日軍對於瓜島是誌在必得，美軍高層對此極為震驚，有的甚至提出是否放棄瓜島，最後羅斯福總統拍板決定堅持到底。哈爾西也認為必須打下去，麵對如此嚴峻的局勢，他取消了原來金凱德少將的第16特混編隊和李少將的第64特混編隊不得越過南緯11度40分的限製，命令這兩支編隊迅速北上，迎擊日軍，同時要求瓜島和聖埃斯皮裏圖島的岸基航空兵積極予以配合支援。
從14日五時五十五分起，直到下午十五時三十分，近十小時中，美軍"企業"號航母的艦載機和瓜島、聖埃斯皮裏圖島的岸基航空兵先對返航途中的三川第二炮擊編隊發動了多次空襲，炸沉"衣笠"號重巡洋艦，炸傷"鳥海"號、"摩耶"號重巡洋艦和"五十鈴"號輕巡洋艦，報了昨夜的一箭之仇。接著美軍飛機全力收拾日軍的增援編隊，連續發動了八輪攻擊，將日軍增援編隊中的11艘運輸船炸沉了6艘，還有1艘因重傷而返航。在日本海軍中有著"頑強者"之稱的田中，指揮護航的驅逐艦一麵竭盡全力抗擊美軍的空襲，一麵迅速搶救落水的官兵，據不完全統計，僅6艘驅逐艦救起的陸軍官兵就達4800餘人。田中不負"頑強者"的稱號，繼續冒著猛烈的空襲向瓜島前進，盡管隻剩下4艘運輸船。山本也來電要求他必須於當晚將部隊送上瓜島，並派近藤中將指揮1艘戰列艦、4艘巡洋艦和9艘驅逐艦，第三次組織對瓜島亨德森機場的炮擊。日落後，美軍還出動了3架轟炸機對增援編隊進行夜襲，迫使日軍中止了救援行動。天完全黑了，田中指揮編隊乘著美軍飛機不能組織大規模夜間空襲向瓜島前進。
15日二時許，日軍增援編隊的4艘運輸船終於到達瓜島的塔薩格法隆格海灘，立即開始卸載。田中率領驅逐艦於二時三十分開始撤離，以免天亮後被美軍飛機消滅。天明後，美軍"仙人掌"航空隊就將這4艘毫無保護的運輸船一一擊沉，並用燃燒彈將剛卸到海灘上的物資棗260箱彈藥和1500袋大米盡數焚毀。在14日的戰鬥中，日軍1艘巡洋艦和10艘運輸船被炸沉，1艘運輸船遭重創，3艘巡洋艦被炸傷。日軍付出極大代價，從肖特蘭島運輸1.35萬人和1萬噸物資，最終運到瓜島的隻有2000餘人和5噸物資，日軍煞費苦心的增援計劃，又告失敗。