日軍的再次失利，使得日本軍部認識到瓜島的重要性。山本五十六覺察到美太平洋艦隊主力有可能就在瓜島附近海域，以掩護瓜島上的美海軍陸戰隊和為他們補給的運輸船隊。
為了報中途島海戰之仇，山本派第8艦隊為增援瓜島的編隊護航，同時聯合艦隊的主力趁機誘殲美軍的航母編隊。
山本五十六的旗艦是“大和”號戰列艦，由1艘航空母艦和3艘驅逐艦護艦，在所羅門群島以北海域活動。在所羅門群島，山本五十六派遣了十多艘潛艇監視美海軍的動向。
1942年8月23日淩晨，弗萊徹的航空母艦編隊駛入瓜島以東海域，被日軍1艘潛艇發現。南雲得到這個消息後，下令做好戰鬥準備，並向南航行。
10時，美軍的1架偵察機發現日軍的增援艦隊，弗萊徹於14時45分出動31架轟炸機、6架魚雷機攻擊南雲艦隊，但沒有找到南雲艦隊。16時15分，史密斯少校率戰鬥機再次起飛。
這次，史密斯在泥濘的跑道上費了很大勁才升上天空，但遭到日軍戰鬥機的掃射。史密斯駕駛戰鬥機躲過了日機的偷襲，迅速飛到有利的位置，8挺航空機槍同時開火，擊落1架日軍戰鬥機。
夜晚，美軍再派5架水上飛機向目標海域搜索，但仍然找不到南雲艦隊，被迫扔掉炸彈和魚雷，返回基地。原來，日軍增援艦隊的司令田中看見美軍偵察機後，立即向西北撤退，躲過了美軍飛機的攻擊。
弗萊徹得知日軍的航母正在特魯克附近海域，他命令第18特混大隊返回南方加油，其他艦隊繼續在馬萊塔島以東執勤。
8月24日晨，美軍的兩支艦隊到達馬萊塔島東南海域，日海軍的多數分艦隊到達馬萊塔島東北海域，雙方距離300多海裏，通過偵察活動都發現了對方。
上午11時，美軍的1架水上飛機找到了日軍的牽製艦隊，但弗萊徹並不相信。
13時許，日軍牽製艦隊的“龍驤”號航母放飛6架轟炸機和15架戰鬥機，空襲瓜島機場。日機群被擊落一大半，無法破壞瓜島機場。弗萊徹誤以為日軍牽製艦隊是南雲航母艦隊，因此命令“薩拉托加”號航母派出30架轟炸機和8架魚雷機前去攻擊。
不久，美軍一架水上飛機報告，在日軍牽製艦隊的東北60海裏處找到日軍一艘航空母艦，其實這是日軍的先遣艦隊。14時30分。
“企業”號航母的偵察機找到了以2艘航空母艦為主力的南雲艦隊，這才是日海軍的主力。
弗萊徹立即命令攻打日軍牽製艦隊的機群改航進攻南雲艦隊。由於美軍航空母艦與出擊機群間的通訊聯絡中斷，機群於15時50分到達“龍驤”號航空母艦上空。“龍驤”航空母艦號正準備放飛第二批飛機，美軍30架轟炸機從高空進行轟炸，8架魚雷機分成兩隊以60米高度投擲魚雷，“龍驤”號被1枚魚雷和10多顆炸彈命中，艦體大量進水，晚20時沉入太平洋。