黑暗中，日艦隊因故障在變換航向時分成兩隊，結果無意中形成了對美艦隊的兩麵夾攻之勢。“鳥海”號接近美艦後立即打開探照燈捕捉目標，並開始發射魚雷、展開炮戰。刹那間，海麵上曳光彈彈道穿梭往來，在茫茫的夜空中織出了一道道光怪陸離的圖案。
最初，美艦還以為是友軍艦隊，遂打開識別信號燈。這正好給日艦指明了目標，使日艦隊的奇襲再度成功。在1小時的炮戰中，擊沉重巡洋艦“文森斯”號和“昆西”號，“阿斯托裏亞”號受重傷後也於9日中午沉沒。
麵對美南區巡邏隊早已潰不成軍、北區巡邏隊幾乎全軍覆滅的有利形勢，三川若乘勝進擊，很可能全殲瓜島附近海域的美軍運輸艦船。然而，就在這個節骨眼上，美航空母艦的陰影又籠罩了三川的心頭，心虛的三川突然下令艦隊返航，撤出戰鬥。
這次海戰，日軍取得了壓倒性的勝利，共擊沉美巡洋艦4艘，重創美巡洋艦1艘、驅逐艦2艘，擊斃、擊傷美軍1700餘人。而日艦除“加古”號在返航時被美潛艇擊沉以外，無一重傷，日軍死亡僅58人，傷53人，可謂大獲全勝。
由於三川艦隊沒能及時擴大戰果，放棄了乘勝摧毀美運輸船隊的大好機會，使山本五十六大為不滿。他本來就為中途島的失敗窩一肚子火，三川艦隊無疑是火上加油。所以，在得知美航空母艦特混編隊出現在所羅門海域時，賭博的天性使他認為所羅門海域或許正是他挽回損失的最好場所。他決心孤注一擲，拿出其全部家當與美國太平洋艦隊拚死一搏，爭取全殲美太平洋艦隊，雪洗中途島的恥辱。
為實現這一目的，山本下令聯合艦隊主力向瓜島北方海域集中。8月11日，近藤中將指揮的第2艦隊駛離本土。8月16日，南雲中將指揮的第3艦隊出港，並令駐守在提安尼島的第11航空艦隊司令部移往拉包爾。8月17日，山本親率“大和”號，由豐後水道南下出擊。
這一次日本聯合艦隊是傾巢而出：瓜島支援艦隊由海軍中將近藤指揮，該編隊由第2艦隊和第3艦隊組成，實力雄厚，擁有航空母艦“翔鶴”號、“瑞鶴”號、“瑞鳳”號、“飛鷹”號、“隼鷹”號、“龍驤”號6艘，以及若幹艘戰列艦、巡洋艦、驅逐艦，大小艦船共40餘艘；東南海區部隊由海軍中將竟原二四三指揮，其中包括田中少將指揮的瓜島增援運輸船隊、三川中將的掩護艦隊和第航空艦隊100多架岸基機；遠征艦隊由小鬆中將指揮，主要兵力是9艘潛艇。
盡管日本在瓜島集結了龐大的兵力，但是日本內部陸海軍的戰略並不統一。山本的意圖雖然想和美國在此海域決戰，但更多的是想報中途島之仇，他根本沒有認真考慮美軍已在瓜島地區投入的反攻力量；而日本陸軍則更荒唐，以為美軍是一支毫無戰鬥力的部隊，根本未想到美軍會利用瓜島作為其反攻的起跳板，所以隻想草草了事地應付一下；駐守拉包爾的日本陸軍第17軍軍長百武晴吉中將認為，在瓜島登陸的美軍不過2000人，而自己隻要派出1000人就足以對付這些毫無戰鬥力可言的美軍了。他做夢也沒有想到，登陸瓜島的美軍是一支裝備了各式重武器、共擁有1．8萬人的大部隊。所以，他將主力繼續用於莫爾茲比港作戰，隻抽調6000人用於瓜島。
8月16日，百武晴吉派一木清直大佐率先遣隊1000餘人分乘6艘驅逐艦從特魯克海軍基地出發。一木清直是一個惡貫滿盈的戰犯，早在1937年時，他就在直接挑起“七七事變”的日軍牟田口聯隊中充任第3大隊大隊長。在盧溝橋，他曾親率部隊向宛平縣城發起首次進攻，是屠殺中國人民的劊子手。太平洋戰爭爆發後，一木被日軍統帥部任命為進攻中途島的登陸部隊指揮官。無奈中途島海戰中日軍受挫，沒有給他立功的機會。這次瓜島告急，他又被派上了用場。
8月18日夜，一木率隊在亨德森機場以東約30公裏處順利登上瓜島。驕橫自負的一木認為美軍不堪一擊，不等後續部隊到達，就留下125人守著灘頭，率領900餘人向機場撲去。
由於美軍的兵力集中在機場，所以日軍一路上並沒有遇到任何阻攔。一本滿懷信心，向拉包爾的第17軍軍部報告：“根本沒有敵人，就像在無人區行軍。”
8月19日，美軍的一個潛伏偵察哨發現了日軍。不幸的是，這名叫沃查的上士隨即被日軍捕獲，遭到了嚴刑拷打，但他毫不屈服，什麼也沒說。晚上乘日軍不備他咬斷了繩子，帶著滿身的傷痕逃回美軍陣地報告。