7月6日零時26分，美艦隊到達維蘇維蘇角附近，各艦進入了戰鬥狀態。美艦采取防空隊形，以25節航速進入庫拉灣。
此時，秋山少將也率日艦隊以21節的航速向庫拉灣口航進，49分，雙方艦隊相距1萬米，安斯沃思認定必須迅速采取行動。他決定在中射程上用雷達來控製艦炮射擊，以奇襲製勝。但這時海麵出現了兩個日艦群，秋山采用了分兵的戰術，一是距離較近的秋山少將率領的3艘驅逐艦，二是距離較遠的山城大佐指揮的第二運輸小隊的4艘驅逐艦。
見此狀況，安斯沃思當機立斷命令：巡洋艦先炮擊較近的日方艦群，然後搶占日艦前方，在反航向上打擊另一群日艦。
淩晨5時57分，美巡洋艦上的大炮爭先恐後地發出驚人的巨響，庫拉灣海戰終於打響。
秋山少將的旗艦“新月”號首先遭難。美艦第一次齊射就壓得它抬不起頭來，152毫米的炮彈紛紛在艦麵上開花，秋山少將在飛舞的炮彈碎片中一命嗚呼。同樣，美巡洋艦連續發出的2500多發152毫米炮彈也使秋山其他艦船受到重創：“新月”號正在下沉；“涼風”號的探照燈被打壞，艦首炮被摧毀，一個機關炮彈藥箱著火，艦體被打穿了幾個洞；“穀風”號機艙中了一顆未爆的炮彈，使糧食倉庫進水。除“新月”號報廢以外，受傷較輕的“涼風”號與“穀風”號慌忙施放煙幕，向西北方向溜掉了。
最初的戰果使安斯沃思十分得意，隨即下令轉向，不料命令還未來得及執行，“涼風”號發射的魚雷已經逼近。淩晨2時03分，3枚遠程魚雷命中“海倫娜”號要害，其中一枚將該艦艦首炸斷，艦內大量進水，艦體彎曲。但安斯沃思正忙於轉向，對此一無所知。
當“海倫娜”號遭難時，山城大佐指揮的第二運輸小隊開始出現在美艦的雷達熒光屏上，安斯沃思馬上下令編隊緊緊追趕，可是唯獨不見“海倫娜”號的回答信號，他頓感情況不妙，但已無暇顧及“海倫娜”號的命運。他命旗艦首先向山城大佐的旗艦“天霧”號進行了第一次齊射。幾次調動，使美軍各艦的航側火力得以集中炮擊日艦，山城艦隊“天霧”號瞬間就被4發炮彈擊中，“初雪”號中了3發炮彈。隊列後麵的“長月”號和“皋月”號，連美艦的影子還沒看見就嚇得掉頭而逃。
安斯沃思見日艦已無蹤影，於2時35分下令結束戰鬥，並指派驅逐艦“尼古拉斯”號和“雷德福”號留下從事救生工作，自己率艦隊沿喬治亞海峽返航圖拉吉港。當上述兩艦趕到“海倫娜”號遇難處，發現該艦早已沉沒到600米深的海底，水麵僅見炸斷的艦首部分還在逐浪漂浮，那些幸存的艦員正在漆黑的海麵上與波濤搏鬥著，兩艦立即組織救援。正在這時，“雷德福”號發現了日驅逐艦“涼風”號和“穀風”號逐漸逼近，於是被迫停止救援，準備迎敵。
原來，“涼風”號、“穀風”號兩艦在1時59分逃脫之後，一直在炮火圈外的海麵上忙著重裝魚雷，準備卷土重來。但由於“涼風”號的彈藥箱被擊中一彈，魚雷手在這易爆之處心慌意亂地裝彈，平時隻需20分鍾的裝雷操作，如今卻用了1小時14分，因而，當他們重返海戰區域時，美艦早已撤退，黑暗中也並沒有發現救援的“尼古拉斯”號和“雷德福”號。
山城大佐的第二運輸小隊的驅逐艦從美艦的炮口下逃脫後，駛向維拉海岸，卸下物資和1600名日軍。“天霧”號卸載後則大膽回駛庫拉灣。5時15分，忽然聽到水麵呼救聲，原來是“新月”號的落水人員在海水中掙紮。“天霧”號立即停車救援，不料被遠在1.7萬米處從事救生工作的“尼古拉斯”號和“雷德福”號的雷達發現了。美艦“尼古拉斯”號首先打了照明彈，“雷德福”號趁機炮擊，“天霧”號中部被炮彈命中，其炮火指揮係統和無線電室被擊毀，艦長無心戀戰，又一次施放煙幕逃走了。因而“新月”號艦隊遇救者甚少，秋山少將及總計300餘人葬身庫拉灣。
此時，“尼古拉斯”號和“雷德福”號已經救起745名“海倫娜”號的人員，眼看著天已大亮，兩艦怕繼續耽擱下去會遭到日機空襲，於是留下4艘小艇繼續救生，於6時17分轉向東南，高速駛返圖拉吉港。