實際上，在瓜島上的日軍所麵臨的最大困難不是美軍的反擊，而是饑餓和疾病。由於日本海軍在瓜島以北海戰中損失慘重，山本不願再派出大型軍艦進入瓜島海域，隻使用驅逐艦采取夜間偷運的“東京特快”運輸方式。運送的補給遠遠不能滿足需要，實際供應量隻能維持標準定量的五分之一到三分之一，由於長期補給不足，島上官兵體力消耗殆盡，食品的極度匱乏，甚至連蚊子都成為日軍的美味佳肴，島上熱帶疾病流行，傷病員因為缺乏藥品，大量死亡，更是加劇了日軍的非戰鬥減員，每天因為病餓而死的人，多達百人。如果讓這種情況繼續下去的話，即使沒有美軍的進攻，日軍就也將會被饑餓和疾病所消滅。因此為使瓜島上的日軍士兵能夠保持戰鬥力，日軍竭盡所能以保證島上人員的物資供應。
從11月下旬開始，日軍第八艦隊發明了“鐵桶運輸”——把糧食、藥品等物資裝入鐵桶，但隻裝一半，以使鐵桶能夠在水中浮起，然後進行密封，用繩索連接，固定在艦艇的甲板上，在指定海域投入水中，利用潮汐漂向瓜島，再由島上的部隊用小艇回收。自11月25日至30日，日軍每天派出一艘潛艇，進行這種運輸，雖然都取得了成功，但運載量十分有限，仍然不能滿足島上部隊的需要。
此時美軍的情況已大大改觀，亨德森機場已經擁有兩條戰鬥機跑道和一條轟炸機跑道。美國海軍盡管在多次海戰中損失較大，但由於修複和新建成的軍艦大量服役而迅速得到補充。因此哈爾西對其所指揮的艦艇部隊的編製與部署進行了調整，以“企業”號和“薩拉托加”號航母為核心組成兩個航母特混編隊，以“華盛頓”號、“北卡羅來納”號和“印第安納”號3艘戰列艦為主組成戰列艦編隊，另外兩艘戰列艦“馬裏蘭”號和“科羅拉多”號則在斐濟作為後援，待命參戰。新建成的“阿爾塔馬哈”號和“納索”號護航航母，負責向新喀裏多尼亞島和聖埃斯皮裏圖島運送飛機。以5艘巡洋艦和6艘驅逐艦組成第六十七特混編隊，主要對付日軍可能的增援行動。
鑒於自身所麵臨的困境，以及美軍力量的不斷加強，1943年1月4日，日軍大本營不得不下達了從瓜島撤退的“K號作戰”命令。為此，日本花了數周時間，計劃、準備並以聯合艦隊的運動轉移美軍的注意力。直到2月1日，20艘驅逐艦經過3個夜晚的快速撤運，將日軍1.2萬名餓得半死的幸存者撤出了瓜島。等到瓜島上的美軍增加到5萬人，並於2月初完成了對日軍陣地的鉗形攻勢時，美國人才發現他們的對手已經早就不知去向了。曆時半年的瓜島爭奪戰就此結束，這是日本陸海軍協同作戰的第一次大失敗，也是盟軍在南太平洋諸島登陸作戰的首次勝利，從此盟軍在南太平洋上也掌握了戰略主動權。不過山本五十六並未看到他的聯合艦隊的徹底失敗，4月13日他因其座機遭美軍伏擊而身亡，不知這應該算是他的幸運，還是不幸。
瓜島爭奪戰是太平洋戰爭中一場空前殘酷而激烈的大搏殺，是一場具有決定性意義的爭奪戰，同時也成為了第二次世界大戰中著名的戰役之一。這次海戰是日美雙方為爭奪瓜島而進行的第六次較大規模的海戰，也是雙方的最後一次大海戰。
在這場曠日持久的戰役中，美日海軍各損失航空母艦2艘，參戰的6萬美國陸軍和海軍陸戰隊官兵有1600人陣亡，4200人受傷，損失軍艦24艘，運輸船3艘，飛機約250架。島上的3.6萬日軍，陣亡及失蹤1.4萬人，病死9000人，被俘1000人，損失軍艦24艘，運輸船16艘，飛機892架。
日軍不僅海軍、航空兵損失慘重，甚至開戰以來從未失利的陸軍，最精銳的第二師團等部也蒙受了巨大損失，特別是日軍的大型軍艦、飛機和訓練有素的飛行員的巨大損失。更是日軍所難以彌補的，戰役結束時日軍兵力上的優勢已蕩然無存，雙方的戰略態勢也隨之改變。瓜島戰役，日軍不僅沒有實現重新奪回戰略主動的作戰企圖，反而使軍事實力進一步受到削弱，最終完全喪失了戰略主動權，陷入了被動的局麵。此後，日軍不得不從戰略進攻轉為戰略防禦，處處設防，步步被動，直至戰敗。而美國則通過瓜島戰役，逐步改善了不利的戰略態勢，贏得了動員人力、物力的時間，為太平洋戰場上即將開始的戰略進攻創造了有利條件。瓜島爭奪戰之後不久，排水量達27000噸的“埃塞克斯”號航空母艦，在1942年底便投入了美國海軍的現役。不久之後，美國又開始建造大型艦隊航空母艦、輕型航空母艦和護航航空母艦，日本與美國在工業潛力上的巨大差距，早已注定其最終的失敗命運。