做出决策后，他立即通过旗舰“鸟海”号重巡洋舰的灯光信号，将作战计划…通知各舰。
下午弃时，日舰将甲板上的所有易燃物扔进海中，对弹药进行最后检查整备。
晚上十点半，正值夏末的赤道南部地区，天se已经完全黑了下去，日军以“鸟海”号为首的舰队，排成间距一率二百米的单纵列，在桅杆上升起白se识别旗，加速到二十八节，杀气腾腾闯入瓜岛海域。
与此同时，美军担任海空掩护的航母编队司令杰克弗莱彻少将，借口舰载机损失和油料不足，报告美军南太平洋舰队司令戈姆利中将，请求撤走，黄昏时分未获批准，就擅自率航母编队撤出瓜岛海域，晚上八点时已远离了瓜岛。
特纳少将只好紧急召集掩护编队司令克拉奇利少将和陆战一师师长范德格里夫特准将开会，通报了这一突如其来的情况，并宣布由于失去了空中掩护，他的舰只将在第二天撤走，尽管此时登陆部队的补给物资卸载量还不到四分之一。
范德格里夫特准槽对此表示了强烈抗议，但特纳认为他别无选择，只能连夜尽可能多卸下一些物资。
会议气氛十分紧张，开了数小时仍是不欢而散。
就在会议结束，克拉奇利少将乘汽艇赶回旗舰的半路上，海战打响了。
美军在铁底湾部署是：分为三个巡逻区，以瓜岛和图拉吉岛之间的萨沃岛中心点125度延伸线划…分南北两个巡逻区，佛罗里达岛西侧子午线以东为东巡逻区。南区由第一大队三艘巡洋舰、两艘驱逐舰负责警戒，北区由第二大队三艘巡洋舰、两艘驱逐舰负责警戒，东区由第三大队两艘巡洋舰、两艘驱逐舰负责警戒，另以两艘驱逐舰在萨沃岛以西巡逻，作为雷达警戒哨。
克拉奇利去开会前，只是指定“芝加哥”号巡洋舰舰长代理指挥南区巡逻，既没有具体指示，也没作战预案。
二月二十八日凌晨一点，日舰驶抵萨沃岛西北，日军睹望兵夜战素质较高，先发现了两艘巡逻的美军驱逐舰，而装备新型雷达的美军驱逐舰却未能发现日舰，三川率舰队实施了巧妙的机动，从这两艘美舰之间进入铁底湾，美舰依然毫无察觉。
三川考虑到自己编队长达八千多米，作战海域狭窄，又是夜间，编队作战多有不便，于是下令各舰按照作战计划，自行战牛。
凌晨一点子十三分，三川下达了总攻击令。
直到十分钟后，美军“帕特森”号驱逐舰才发现日舰，刚用无线电发出警报：“注意！不明身份军舰正在进港！”日军的水上飞机就投下了照明弹，将南区的美舰照得清清楚楚，日军的炮弹和鱼雷接踵而来，澳大利亚沦陷后已经划…拨给英国海军的“堪培拉”号巡洋舰右舷连中两条鱼雷，又先后被二十四发炮弹击中，不到五分钟就失去了战斗力，天亮后被美军自己击沉。
“芝加哥”号接到报警，舰长下令发射照明弹，但几发照明弹都没点着火，就在这时，舰长发现有数条鱼雷射来，立即转舵规避，为时已晚，舰首被一条鱼雷击中，桅杆也被一发203毫米炮弹击中“芝加哥”号连连开炮还击，由于日舰速度很快，只来得及向日军队列最后的“夕风”号驱逐舰发射了二十五发炮弹就失去了目标，便向西退出战斗。
最先发现日舰的“帕特森”号驱逐舰与日舰展开炮战，舰长下令发射鱼雷，鱼雷长未听到命令而没执行，该舰被日军击中一弹，两门舰炮被毁。“巴格雷”号驱逐舰占领了发射阵位，舰长下令发射鱼雷，但鱼雷射击诸元还没装定，眼睁睁看着日舰离去，等到鱼雷发射，早已追不上远去的日舰了。
三川仅用六分钟就重创南区美舰，随即全速向北区杀去。
由于“芝加哥”号未将作战情况通知北区和东区，加上此时泊地上空电闪雷鸣，掩盖了南区的炮声和火光，北区美军全然不知日军已经杀来。
“文森斯”号巡洋舰的舰长利弗科上校比较警觉在一点四十五分时感到舰身在微微震动，还看到南区有炮火闪光，但他误以为是友邻在射击敌机根本没想到是在进行海战，反而下令做好对空战斗准备。
日舰接近到八千米距离，先打开探照灯，随后就以所有炮火开始齐射，利弗科以为是南区美舰，用报话机要求对方关掉探照灯，停止射击还命令升起军旗，以表明自己身份，不想日军则还以更猛烈的炮火。
直到这时，利弗科这才明白过来，下令开炮还击，但不久舰载水上飞机被击中起火，成为明显的目标日军关闭了探照灯集中炮火猛轰“文森斯”号连连中弹，不得不左转撤离，这时日军的鱼雷又蜂拥而来，左舷连中三条鱼雷机舱爆炸，舰身严重左倾而沉没。
“阿斯托里亚”号巡洋舰遭到攻击后，枪炮长下令还击，舰长认为是在打自己人，命令停止射击，日军却毫不客气弹如雨下经枪炮长一再恳求，舰长才命令恢复射击，但日军已经校准了目标炮弹一发接一发命中“阿斯托里亚”号燃起大火上层建筑几乎全毁，只得向萨沃岛东南撤退，于中午时分沉没。
日军接着又用探照灯照住“昆西”号巡洋舰，此时“昆西”号的大炮还没转过来，日舰发射的炮弹已经在旁边掀