日軍先頭部隊瓜島受挫後，日軍大本營立刻命令日本海軍聯合艦隊協同日本陸軍第十七軍協同奪回瓜島和殲滅美艦，陸軍準備以1500人的兵力再次在瓜島登陸。為了達成作戰目的，山本采取了三步誘敵戰術，一是在瓜島東南麵布下一道由幾艘潛水艇構成的警戒屏障，將他的部隊集結在南所羅門群島以北約200公裏的海麵上，形成被攻態勢。二是以“龍驤”號輕型航空母艦做誘餌向前航行，企圖乘美軍航空母艦的飛機攻擊“龍驤”號時，以日軍主力航母的飛機擊沉美軍航空母艦。三是以擁有戰列艦、重巡洋艦和驅逐艦組成的龐大護航艦隊，消滅美軍陸戰隊，奪回島上機場。但是，日軍的行動企圖被美軍偵察機和澳大利亞觀察哨發現了，美軍立刻出動第六十一特混艦隊迎戰。24日，雙方在瓜島東南海域展開了瓜島戰役的第二次海戰，美軍稱之為“東所羅門群島海戰”。
戰鬥一開始，作為誘餌的“龍驤”號輕型航空母艦當即被美軍轟炸機徹底摧毀。接著，美軍的“薩拉托加”號和“企業”號航母則衝著日本艦隊開去。這時日軍南雲海軍中將還以為美國的3艘航母都在集中攻擊作為誘餌的“龍驤”號，於是下令發起猛烈的空中攻擊，以殲滅美國的航空母艦艦隊。美“企業”號早就嚴陣以待，艦上53架“野貓”式戰鬥機根本未參加對“龍驤”號的襲擊，它們和不久後趕來的轟炸“龍驤”號航母的轟炸機一起，在空中等待日機的到來。半小時後，日軍近百架轟炸機和戰鬥機呼嘯著衝了過來，雙方展開了激烈的空戰。與此同時，美軍航母上的艦炮也對準日機猛烈射擊。頃刻之間，日軍飛機有90架被擊毀，其餘飛機倉皇退去。美軍乘勝連續作戰，又轟炸了日軍登陸輸送船隊，使日軍這次作戰企圖完全破產。
聖克魯斯海空大戰
盡管在東所羅門海戰中，雙方都遭受了很大的損失，然而不甘失敗的日軍仍然在海上尋找戰機，日軍的4艘航空母艦開始南下，尋找與美國海軍進行決戰。
龐大的日本艦隊由兩部分組成，其中南雲中將指揮日本海軍的主力部隊——機動編隊。南雲編隊中包括“翔鶴”號、“瑞鶴”號航空母艦及“瑞鳳”號輕型航空母艦。
10月26日淩晨，美軍偵察機在聖克魯斯島海域發現日軍艦隊，6時50分，從“企業”號升空的美機命中“瑞鳳”號飛行甲板，將其擊沉。9時50分，日本飛機在離“企業”號10海裏處發現“大黃蜂”號，“大黃蜂”號暴露於晴朗海麵易受攻擊的位置，日機集中火力向其發動攻擊，5顆炸彈命中甲板，海水湧入鍋爐艙，“大黃蜂”號開始傾斜，失去航行能力。
與此同時，從“大黃蜂”號起飛的轟炸機群也突破日軍的空中防禦，重創日本“翔鶴”號航母。不久後，美國“企業”號也被日軍發現，飛行甲板被3枚炸彈命中。由於力量過於懸殊，“企業”號編隊在日機連續攻擊下，帶傷向東南方向撤退。沒有飛機掩護的“大黃蜂”號由1艘巡洋艦拖著，以3節的速度緩慢航行。下午15時15分，6架日軍魚雷機向“大黃蜂”號再次發起攻擊，並將其擊沉。至此，美軍在太平洋地區的航空母艦全部都失去了戰鬥力。作為前進部隊的日本近藤艦隊也襲擊了“大黃蜂”號，在遭到了從聖埃斯皮裏圖起飛的美軍轟炸機的報複性轟炸後，於27日下午撤出戰鬥，駛回特魯克島。
至此，聖克魯斯海空大戰結束，這是美日雙方繼珊瑚海大戰、中途島海戰、東所羅門海戰之後，第4次航空母艦之間的大規模海空廝殺，是美日雙方在戰略相持階段進行的一次重要海戰。日本海軍在這次海戰中取得了勝利，這也是日本海軍在整個太平洋海戰中取得的最後一次大勝利。在這次海戰中，美軍遭受了慘重的損失，不過美軍也取得了重大的戰果，擊斃日本大批訓練有素的飛行員，從而迫使日本聯合艦隊不敢繼續留在聖克魯斯海域，粉碎了日本陸海軍聯合攻占瓜島的企圖，山本大將用一次艦隊決戰而殲滅美軍艦隊的夢想也變成了泡影。
日本人的墳墓
聖克魯斯海空大戰結束後，日本人又重新喚起了對勝利的信心，此時美國海軍的“大黃蜂”號已經被擊沉，“企業”號也受傷失去了戰鬥力，在南太平洋上，如今隻有日本海軍還有可以作戰的航空母艦。然而海上的勝利，並不能代替陸戰的勝利，極其重要的亨德森機場仍舊掌握在美國人的手中，美軍一次又一次地打退了日軍的進攻，牢牢地控製住機場，並使日軍傷亡人數10倍於美軍。最後，付出了24000名士兵和一千多架飛機的日本人，仍然沒有將亨德森機場拿下來。麵對巨大的傷亡，以及源源不斷的美軍增援部隊，日軍隻能選擇放棄。