就在美軍向瓜島增兵之際，潛伏的澳洲海岸的情報人員發出警報：“日本大規模艦隊正在迫近！”
哈爾西聞訊後，立即緊張起來。他的運輸艦群正在前往瓜達卡納爾島的途中，能否安全卸載，能否阻止日軍大批增援部隊登陸，吉凶難測。再有，他沒有1艘可以使用的航空母艦。現在，他能指望的隻有2艘戰列艦。
為了應付危局，哈爾西下令把“企業”號航空母艦從努美阿的船塢中拖出來。“企業”號受傷後，根本沒有時間把它送回珍珠港去修理，隻是就地進行了簡單的修補。此時，“企業”號的前升降機仍未修好，“南達科他”號戰列艦還有一個炮塔不能轉動。哈爾西管不了這麼多了，他匆忙組成一支艦隊迎戰日軍。這支艦隊，除“南達科他”號戰列艦外，還有“華盛頓”號戰列艦，1艘重型和1艘輕型巡洋艦以及8艘驅逐艦。11月11日，滿身傷疤的“企業”號航空母艦載著仍在爭分奪秒地進行搶修的機械師、技師和海軍工程兵，艱難地起航了。隨同艦隊其他艦隻由努美阿向北急駛。
就在此時，由斯考特指揮的第一批增援船隊已經駛近瓜達卡納爾島，被日軍艦載飛機發現了。12日天明時，特納的3艘貨船正在隆加灣拋錨時，立即遭到了從日本航空母艦“飛鷹”號起飛的12架飛機的轟炸。由於美軍的海岸觀察哨和雷達發出了早期警報，高射炮做好了射擊準備，因而損失不大。日軍飛機大部分被擊落，美軍隻有1艘貨船受傷。
由特納指揮的第二批增援船隊和卡拉漢指揮的支援群，途中也被日軍發現。當他們在11月12日淩晨5時到達隆加灣後，特納急令快速卸載。在運輸艦到達之前，支援群在鐵底灣內進行了細致的搜索，以保護運輸艦卸載。同時，以巡洋艦2艘在一條距運輸艦較近的半圓形航線上巡邏，以巡洋艦2艘、驅逐艦11艘和大型掃雷艇2艘進行反潛巡邏。
11月12日，阿部弘毅海軍中將指揮的突擊部隊開始南下朝瓜達卡納爾島進發，當天傍晚就開抵薩沃島以北100海裏的地方。
12日上午6時，擔任反潛巡邏的美艦發現日軍潛艇1艘，距瓜島隆加角僅6海裏，即用深水炸彈進行攻擊，沒有命中。不久，日軍的大口徑岸炮也向美軍運輸艦開火，美軍巡洋艦、驅逐艦和陸戰隊的火炮一起還擊，把它們暫時壓製下去了。
但到下午1時，令特納擔心的事終於發生了。美海岸觀察哨報告：“日軍轟炸機和戰鬥機正向瓜達卡納爾島飛來！”特納聞訊大驚，立即下令停止卸載，起錨並組成防空隊形，4艘運輸艦和2艘貨船采用並列縱隊，在支援群的掩護下，向薩沃島方向航行。
2點左右，日軍魚雷機發現了美艦，並開始進行攻擊。由於亨德森機場的美機及時起飛攔截，美軍艦沒有受到損傷。傍晚，特納獲悉一支日本艦隊向瓜達卡納爾島逼近。於是，他通知擔任掩護的卡拉漢說：“我運輸艦隊將撤退，請於當夜重返瓜達卡納爾，狙擊在那裏出現的日軍。”
卡拉漢的資曆比斯考特的資曆深，所以斯考特和他的旗艦“阿特蘭塔”號及2艘驅逐艦並入了卡拉漢的支援群，因而卡拉漢的陣容得到加強。卡拉漢也采用了斯考特在埃斯帕恩斯角戰役中所采用的辦法，所有艦隻排成一列縱隊。4艘驅逐艦“庫欣”號、“拉菲”號、“斯特雷特”號、“奧巴朗”號領先，5艘巡洋艦“阿特蘭塔”號、“舊金山”號、“波特蘭”號、“海倫那”號、“朱諾”號居中，4艘驅逐艦“艾倫沃德”號、“巴頓”號、“蒙森”號、“弗列徹”號斷後。卡拉漢本人乘坐的是重巡洋艦“舊金山”號。當天22時，護送運輸艦隊安全返航後，卡拉漢掉轉航向，駛回鐵底灣。
此時，日本阿部海軍中將率領的威力強大的突擊群正向南航行，計劃經過聖伊薩貝爾島以東，到薩沃島以南，向東轉向，采取與瓜達卡納爾島海岸平行的航線，用艦炮轟擊亨德森飛機場。這個突擊群有2艘排水量為32156噸、長達180米的戰列艦“比睿”號和“霧島”號，輕巡洋艦“長良”號以及14艘驅逐艦。阿部雖然知道在瓜達卡納爾水域有一支兵力相當的美國艦隊，但他認為美軍艦隊不敢惹他，日落後肯定會撤出鐵底灣，加之自己兵力雄厚，美軍又不善於夜戰，因此，他認為不會遇到太大的麻煩。
他萬萬沒有料到，幾小時前，美軍已經獲悉了他的行蹤，卡拉漢率領的一支艦隊早已在鐵底灣裏虎視眈眈，嚴陣以待。
日軍艦隊行駛到薩沃島西北海麵時，突然下起了大暴雨。阿部又得悉瓜達卡納爾的天氣同樣不好，他怕鐵底灣的能見度太低，不能對岸射擊，下令所有船隻同時掉頭，把時速減至12海裏。半小時後大雨才停止，阿部重新下令掉轉航向，朝薩沃島航進。當這個小島的錐形影子出現在前方時，已是深夜過後好久了。遠處，瓜島上的群山依稀可見。島上的地麵觀察員來電話說，他們未發現附近有敵艦。於是，阿部決定開始準備炮擊。他命令2艘戰列艦的所有主要炮台都裝上薄殼高爆炮彈。
13日淩晨，美軍發現了日本艦隊的蹤影，隨即將情況進行了通報：“左前方發現日艦編隊，距離1.3萬米，航速23節，航向105度。”此時，兩軍以40節以上的相對速度迅速接近。5分鍾、10分鍾過去了，卡拉漢焦急地用通信裝置呼叫提供新的情況。1時41分，處於美軍隊形先頭的驅逐艦“庫欣”號上的觀察哨突然發現黑暗中竄出2艘日艦，“庫欣”號猛向右轉，以避免與敵艦相撞。這一來，整個縱隊亂了陣形，後麵的艦隻跟著急轉並擁擠在一起。巡洋艦“阿特蘭塔”號猛然急轉，在後邊的卡拉漢急忙問道：“你們幹什麼？”
“避開自己的軍艦。”艦長回答。卡拉漢還想繼續詢問，但通訊網立即陷入混亂。
在此關鍵時刻，阿部對即將臨頭的大禍一無所知。1時42分，日機在亨德森機場投下照明彈，排成三列的日艦正欲開炮，突然，瞭望哨發現了美軍艦隊。
刹那間，緊急通報立即傳遍整個日本艦隊。阿部大吃一驚，急令炮手填換裝甲彈。他的戰列艦甲板上堆放著準備轟炸瓜島機場的高爆炸彈，倘若落下一顆炮彈，就會將整艘艦隻炸毀。艦上全部人員緊急出動，向庫房裏搬運甲板上堆起的高爆炮彈。黑暗中一片混亂，每一分鍾都好像很長似的，日本水兵狂亂地卸下高爆炸彈又改裝上穿甲彈，匆忙做好應戰準備。
美艦由於緊急轉向，正處於混亂之中。當卡拉漢了解情況後，下達對日艦攻擊的命令時，處於攻擊位置的日軍2艘驅逐艦已駛入黑暗中溜掉了。
先發製人的寶貴的8分鍾喪失了。
“阿特蘭塔”號高出其他艦隻，首先被日艦的探照燈照射到。“阿特蘭塔”號的槍炮長立即下令開火，打掉了日艦的探照燈。當它準備向其他日艦射擊時，卻遭到對方的集中射擊。
卡拉漢率領的其他艦隻已經來不及規避，隻好冒險率艦從日軍艦隊中間衝擊前進，在鋼鐵和火焰的長廊中穿插而過。
忙亂之中，卡拉漢發出一道命令：“奇數艦向右側射擊，偶數艦向左側射擊。”
這一命令使美艦隊陷入混亂。有些船隻在指定的舷側射擊不到目標，由於艦炮口徑參差不齊，致使兩側火力極不均衡，各艦不管看見什麼就立刻開炮。
趁美艦隊發生混亂之際，日艦馬上發射魚雷，進行攻擊。混亂中，美巡洋艦“阿特蘭塔”號首先遭難，1枚魚雷擊中艦體，強大的氣流幾乎把它抬出水麵。頃刻間，這艘巡洋艦停了下來，主機損壞，舵機失靈，隻能在原地打轉。隨即，其他日艦一起朝它射擊，艦上騰起衝天的大火球。正在該艦上的斯考特少將被流彈擊中，頓時喪命，他的參謀人員以及多名艦員被炸得血肉橫飛。“阿特蘭塔”號徹底喪失了戰鬥力並開始下沉。
由於混亂不堪，雙方在近距離內糾纏在一起，打了一場混戰。雙方在狹窄的海峽裏回旋追逐，傾盡全力開炮射擊和施放魚雷。開戰僅僅幾分鍾，連續炮擊的火光和艦隻焚燒的火焰就使黑夜變成了白晝。
處於縱隊前麵的4艘美驅逐艦撲向龐然大物“比睿”號，發動了殊死進攻。驅逐艦“庫欣”號向在右側的日軍驅逐艦發射幾次齊射後，在2分鍾內，艦體中部即被日艦發射的炮彈命中，管道損壞，航速降低。當它緩慢地航行時，在左側發現日軍戰列艦“比睿”號正向自己駛來，距離不到半海裏。“庫欣”號即向左轉，對“比睿”號連發6枚魚雷，可惜無一命中。當它趕上前去正欲再行攻擊時，不幸被一道探照燈光罩住，頃刻間，炮火鋪天蓋地而來，不到1分鍾，“庫欣”號就被打得千瘡百孔，一命嗚呼了。
緊跟在“庫欣”號後麵的美驅逐艦“拉菲”號，眼睜睜地看著“庫欣”號中彈起火，便迅速地趕上前去，準備抵近“比睿”號發射魚雷。但因速度過快，幾乎撞在一起。魚雷保險裝置還沒有打開就被“比睿”號堅固的船舷彈了回來。無奈之下，“拉菲”號立即用機關炮進行射擊，不料卻被“比睿”號的大口徑炮彈和1枚魚雷擊中。“拉菲”號打“虎”不成反被傷害，起火爆炸後很快就沉沒了。
“斯特百特”號是隻奇數艦，按命令向右側射擊，它向距離最近的1艘日艦開火，但卻遭到猛烈還擊，3分鍾後，“斯特百特”號連續兩次被命中，船舷和雷達均遭損壞。
隊列中最後一艘驅逐艦“奧巴朗”號，先向開探照燈的日艦齊射，接著又向“比睿”號猛烈開火。為了避開中彈操縱失靈的“斯特雷特”號，“奧巴朗”號後來又把火力轉移到一艘小型巡洋艦，僅兩次齊射，目標就發生了大火。
此時，卻傳來卡拉漢的命令：“停止向自己的軍艦開火！”
“奧巴朗”號莫名其妙，立刻停止了射擊。
原來，在黑暗中美艦誤擊了早已中彈多處的巡洋艦“阿特蘭塔”號。卡拉漢發現後立即進行了製止。
“我們要抓大的！”卡拉漢對其他艦隻喊道，“找大家夥打，那準不是我們的！”
“奧巴朗”號立即轉向，對著不遠處的“比睿”號連發兩枚魚雷，都沒有命中。因為距離太近，“比睿”號的主炮受俯角限製，不能還擊。當“奧巴朗”號向左轉向，避開正在沉沒的“拉菲”號時，在艦首方向突然出現幾條魚雷航跡。“奧巴朗”號還沒有來得及躲閃，水下便發出巨大的爆炸聲，“奧巴朗”號上的電線和管道都被震斷了。
此時，美軍艦隊旗艦“舊金山”號正被幾艘日艦團團圍住，情況十分危機。“霧島”號大口徑炮隨即開炮射擊。在右後方的一艘日艦也用探照燈照射它並射擊。一艘日軍驅逐艦從左側繞過，對“舊金山”號直接掃射。成排的炮彈落在甲板上、艦橋上、瞭望台上，正在艦橋指揮作戰的艦隊司令卡拉漢當即中彈身亡。