接連敗退的日軍已無法組織大規模的增援，隻好利用驅逐艦夜間高速通過“槽海”分批將援軍送上瓜島，然後在返航時順路炮擊瓜島的亨德森機場。從８月24日至９月４日，日軍就以這種方式將一木支隊的餘部和川口支隊共6000人送上瓜島。
８月31日，日軍的伊－28號潛艇在瓜島以南海域發現美軍“薩拉托加”號航母，在驅逐艦警戒圈外3500米距離發射六條魚雷，命中一條，“薩拉托加”號鍋爐艙進水，發電機失靈，隻得返回本土經過三個月的修理才重新參戰，這是美軍的重大損失。
９月３日，美軍將所有在亨德森機場的海軍陸戰隊航空兵、海軍航空兵和陸軍航空兵的64架各型飛機統一整編為海軍陸戰隊航空兵第一聯隊，由羅伊·蓋格少將任司令。
９月７日，美軍發現於夜間分批上島的日軍正集結於太午角附近，還修築了一條接近機場的小路，準備發動進攻。範德格裏夫特就從圖拉吉島調來兩個營由埃德森上校指揮，分乘兩艘驅逐艦和兩艘巡邏艇，於８日拂曉在太午角以東登陸，此時正好另外有兩艘美軍運輸船經過，川口以為美軍發動大規模進攻，就率部向縱深撤退。埃德森的部隊一直攻入日軍在塔希姆波格的兵站，將日軍儲存的武器、彈藥、糧食等物資盡數焚毀。
經過三天的艱難行軍，日軍走出了叢林，９月10日來到泰納魯河邊。次日川口親自檢查士兵的裝備彈藥，然後召集軍官會議，要求務必突破美軍防線，占領機場。
９月12日晚九時，隨著一發紅色信號彈升起，日軍迫擊炮發射了大量照明彈將黑夜照得如同白晝，2500名日軍端著上了刺刀的步槍狂呼大叫著向高地衝去，在日軍瘋狂衝擊下，美軍有些地段的陣地被突破了，但美軍105毫米榴彈炮的凶猛炮火隨即傾瀉而下，日軍在猛烈炮火下傷亡慘重，美軍天亮後在飛機掩護下發動反擊，又將陣地奪回。日軍留下的屍體達六百餘具，而美軍陣亡僅四十人。
川口不甘心失敗，重新集結了殘部於13日晚再次發動進攻，川口將部隊分作六批，采取集團衝鋒，一波接一波，猛攻不止，整個山嶺爆發了慘烈的血戰，雖然美軍的防線在日軍亡命攻擊下被迫後移，但整個高地還控製在美軍手中。天亮後，失去黑夜掩護的日軍處境更為困難，美軍飛機趕來助戰，在猛烈準確的轟炸和掃射下，日軍潰不成軍，隻得逃入叢林，美軍接著出動坦克肅清了陣地前沿的殘餘日軍，這一夜的激戰，日軍又付出了七百餘人的傷亡，仍一無所得。從西麵進攻機場的岡明大佐的部隊也未能突破美軍的防線，多次進攻白白損失了二百多人，而美軍的傷亡小得令人吃驚，隻有四死三傷。
雙方激烈爭奪的高地，茂密的叢林麵目全非，隻剩幾株光禿禿的樹幹，地上血流成河，這個高地因此被美軍稱作“血嶺”。
經過幾次失利，日軍大本營才將南太平洋的作戰重點從新幾內亞轉到瓜島。９月17日，大本營將東印度群島的第38師團，以及從亞洲戰場、南方方麵軍和日本本土抽調下來的部隊都加強給第17軍。
９月18日，美軍的援軍上了瓜島，範德格裏夫特得到了海軍陸戰隊第７團4000人、147輛汽車、1000噸食品、400桶航空汽油和被士兵們稱為“長臂湯姆”的155毫米榴彈炮，島上美軍已增至19萬人。
美國海軍總司令金上將和尼米茲都認為瓜島之戰已演變成一場消耗戰，隨著日軍的損失越來越大，他們也越來越難得到補充，這樣優勢將逐步轉向美軍，而現在的關鍵是瓜島上的海軍陸戰隊能否堅持到從各地調集的援軍到達。
此時，決心與美軍決一死戰的日軍也在調撥援軍，為確保計劃能順利實現，日軍開始大力爭奪瓜島製空權，９月27日，出動53架飛機襲擊亨德森機場，結果被擊落９架。９月28日，日軍又出動62架，損失更大，被擊落24架。至９月底，日軍在空戰中共損失飛機200架，而美軍僅損失32架。
日軍從９月下旬到10月中旬共向瓜島輸送約一萬人的部隊，但驅逐艦運載人數有限，而且不能運送坦克、重炮等重裝備。根據陸海軍達成的協議，日軍組織了一支大規模運輸隊，由“日進”號、“千歲”號水上飛機母艦運載榴彈炮４門、野炮２門、高炮１門、牽引車４輛、彈藥車14輛、固定式電台１套、官兵280人，另由４艘驅逐艦運載大批人員和給養，以２艘驅逐艦護航，於10月11日六時從肖特蘭島起航。
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。
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。這場戰鬥持續了一天，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。
進入10月，雙方都加強瓜島的力量，醞釀下一輪的爭奪。
10月13日二十二時，日軍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，飛機到亨德森達機場後，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，隨後356毫米主炮開始齊射，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。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。
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日及15日夜間，日軍又向機場發射了約2250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，而且跑道和燃料幾乎全被毀。
10月14日、15日，日軍乘“仙人掌”航空隊的機場被毀、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。
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，這說明戈姆利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。
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！”據此尼米茲可以放手向南太平洋調集兵力，他先後調去了“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。
日軍方麵，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，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。
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，他們狂呼著衝向美軍陣地，美軍早已嚴陣以待，一次有一次粉碎了日軍的衝鋒。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，丸山的部隊孤注一擲，發起了自殺性的衝鋒，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，但即使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。此役，日軍士兵陣亡約三分之一，軍官陣亡近一半，元氣大傷。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。
10月25日，雙方在聖克魯斯群島爆發了激烈的海戰，直至27日淩晨才徹底結束。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。
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。