1942年8月21日夜，百武得知一木支隊被殲，非常震驚。他這才意識到瓜島美軍並非是小股部隊，遂決定向瓜島派遣增援部隊。
與此同時，日本大本營獲悉了另外一個更驚人的消息：美軍正把大量岸基飛機派駐瓜島。這預示著，形勢的發展遠遠超過了大本營原來的估計，美軍占領瓜島並非固守戰線，而是開始反攻。大本營指示：必須搶在美軍鞏固瓜島防務之前將其奪回，以製止盟軍的反攻。為此，大本營緊急修改作戰計劃，指令聯合艦隊全力出擊，消滅盟軍艦隊，壓製瓜島的美軍火力，掩護陸軍部隊登陸，於8月底之前堅決奪回瓜島。
自中途島失利後，山本五十六一直在尋找機會報仇雪恥。他忽然聽說所羅門群島一線打出了名堂，立即精神振奮，為雪洗中途島之恥，當日向軍令部請戰。山本五十六認為，聯合艦隊進駐瓜達卡納爾，可以把美艦隊誘出來，進行一次海上決戰。山本五十六製定了一個新的作戰計劃：用第8艦隊來保障陸軍增援部隊的安全，以聯合艦隊主力乘機誘出美軍的航母編隊並消滅之。為實現這一企圖，他幾乎動用了在南太平洋的全部家底，分為5部分投入作戰：
第一部分是先遣群，編有主力艦1艘，水上飛機母艦1艘（“千歲號”），載有水上飛機22架，巡洋艦6艘，驅逐艦8艘，負責偵察敵艦隊的動向，並將其引向主力所在方向，當主力與敵交戰時積極給予支援掩護。
第二部分是牽製群，編有輕型航母1艘（“龍驤號”），載有戰鬥機16架和魚雷機21架，巡洋艦1艘，驅逐艦2艘，負責設法吸引美軍航母的艦載機，為主力的攻擊創造條件。
第三部分是主力群，由南雲指揮，編有航母2艘（“翔鶴號”和“瑞鶴號”），載有戰鬥機53架、轟炸機41架、魚雷機36架，戰列艦2艘，巡洋艦4艘，驅逐艦12艘，擔負主攻任務，當美軍艦載機被牽製群吸引時，乘機攻擊美軍航母。
第四部分是對岸射擊群，編有巡洋艦4艘，以艦炮火力轟擊瓜島美軍機場和陣地，為增援群的行動提供火力準備和支援。
第五部分是增援群，由田中賴三少將指揮，以1艘輔助巡洋艦和4艘舊驅逐艦改裝的快速運輸艦運送1500人的地麵部隊，由1艘巡洋艦和8艘驅逐艦護航，負責將地麵部隊送上瓜島。
山本五十六親自乘“大和”號戰列艦，由1艘護航航母和3艘驅逐艦掩護，在所羅門群島以北海域實施全麵指揮。
山本五十六的如意算盤是：以身輕力薄的“龍驤號”輕型航空母艦為誘餌，吸引所有的美艦載機，一旦上當的美機油盡返航時，迅速出動南雲航空母艦上的全部日機，一舉擊沉美航空母艦。預計在全殲美艦隊之後，日艦隊再乘勝揮師，向瓜島挺進，以猛虎下山之勢，直撲“鐵底灣”，炮擊亨德森機場，同時遣送登陸兵上岸，徹底消滅美海軍陸戰隊，攻占瓜島機場，這就是山本五十六加緊推行其收複瓜島機場的“KA”作戰計劃。
8月17日，山本五十六披掛上陣，率領龐大的艦隊從日本本土出發，趕往所羅門以北海域。
不料，艦隊在行駛途中，山本五十六大將收到一份前線報喪的急電，一木率領的先頭部隊戰鬥失利。接到這一消息後，一位參謀誠惶誠恐地提醒山本：“報告司令長官，我看，美軍在瓜達卡納爾島上的兵力不可低估。在沒有確切了解敵情之前，我們千萬不能貿然行動！”