美舰恢复射击后，各自选择目标，猛烈开火。

&ldo;邓肯&rdo;号驱逐舰冲上前去攻击日舰&ldo;古鹰&rdo;号，连射两条鱼雷，命中一条，&ldo;古鹰&rdo;号还先后被击中九十余发炮弹，于12日凌晨沉没。

&ldo;邓肯&rdo;号随即转移火力，攻击日军&ldo;初雪&rdo;号，但&ldo;邓肯&rdo;号冲得太前，夹在敌我之间，遭到双方的射击，虽然打开了识别灯，仍被击中多处，锅炉舱被毁，失去战斗力，向东北退去，于12日十时许沉没。

与此同时，美军&ldo;法伦荷尔特&rdo;号驱逐舰也在战斗中被友舰击伤。

&ldo;旧金山&rdo;号率领数艘美舰向西南航行，忽然发现1000米外有一艘军舰，航向与美舰基本平行，还未分清敌我，该舰打开红、白两色识别灯，未见美舰回答就向右转向规避，这一下再清楚不过了‐‐是日舰，&ldo;旧金山&rdo;号立即打开探照灯，数艘美舰一起开火，当时就把日舰打得起火爆炸，不久沉没。

这是日军的&ldo;吹雪&rdo;号驱逐舰。

斯科特见日舰向西北撤退，便于二十三时五十五分下令右转，与日舰保持平行，以便发扬火力。

五分钟后，斯科特认为在追击之前有必要整理一下队形，就命令各舰打开识别灯，除受伤的&ldo;邓肯&rdo;号和&ldo;法伦荷尔特&rdo;号未到外，其余各舰排成单纵队，向西北追击。

不久，&ldo;波伊斯&rdo;号雷达发现右后方有艘军舰，用探照灯照射后，认定是日舰，就开炮射击，遭到射击的正是日军&ldo;青叶&rdo;号，&ldo;青叶&rdo;号随即还击，炮火对射中，&ldo;波伊斯&rdo;号被击中四发203毫米炮弹。

接着日军&ldo;衣笠&rdo;号也向&ldo;波伊斯&rdo;号射击，又命中两发203毫米炮弹。

这时在&ldo;波伊斯&rdo;后面的&ldo;盐湖城&rdo;号向右转舵，插到&ldo;波伊斯&rdo;号与日舰之间，用炮火压制日舰，掩护&ldo;波伊斯&rdo;号撤出战斗。

&ldo;盐湖城&rdo;号与&ldo;衣笠&rdo;号进行了激烈炮战，互有损伤。

&ldo;旧金山&rdo;号在火控雷达指引下，以猛烈炮火向日舰射击，迫使日舰后撤。

次日零时二十八分，斯科特惟恐后面美舰将为首的&ldo;旧金山&rdo;号当作日舰，下令停止射击，并第三次要求各舰打开识别灯，整顿队形。

等美军整理好队形，日舰已经远去，斯科特便不再追击，转向西南撤出战斗。

天亮后，&ldo;仙人掌&rdo;航空队出动飞机攻击了撤退的日舰，但未有战果。

12日上午，&ldo;青叶&rdo;、&ldo;衣笠&rdo;和&ldo;初雪&rdo;三艘日舰回到肖特兰岛。

此战，日军巡洋舰、驱逐舰各一艘被击沉，巡洋舰两艘被击伤，其中的&ldo;青叶&rdo;号被击中四十余弹，不得不进船坞大修，参战的五艘军舰只有一艘完好无损。

而美军仅一艘驱逐舰被击沉，两艘巡洋舰和一艘驱逐舰被击伤。

日军的失利完全是轻敌麻痹的恶果，日军自恃夜战优势，认为美军不敢与之夜战，第8舰队未组织有效的飞机侦察，第6巡洋舰战队也未进行临战侦察，甚至在增援编队的计划外航线上出现不明目标，也不及时采取应战措施，在美军突然而猛烈攻击下，一败涂地。

日军大本营感到脸上无光，连战报都未发。

日本海军擅长夜战的自信心开始动摇，士气也大受挫伤。

而美军的夜战水平与萨沃岛海战时相比，已有了长足的进步，这一进步，来之不易，美军在萨沃岛海战后，针对夜战中存在的问题，进行了一系列的分析研究与强化训练，制定了夜间组织协同和战术动作要领，并多次组织舰艇部队有意识选择雷雨天气进行夜战演练，大大提高了部队的夜战能力。

在此次海战中，美军的炮火命中率很高，击中&ldo;古鹰&rdo;号九十余发，&ldo;青叶&rdo;号四十余发，&ldo;吹雪&rdo;号十余发。

而且战术合理，行动协同，一战雪耻，振奋了士气，增强了胜利的信心。

但美中不足的是，战斗中，两次停火，错失了有利的战机，挫伤了锐气，还给了日军喘息之机，增加了自己不必要的伤亡；三次打开识别灯整理队形，也不符合实战要求。

日军的运输船队则乘海战之机顺利在瓜岛卸载，返航途中得知第6巡洋舰战队遭到失利，&ldo;古鹰&rdo;号受重创，失去航行能力，便派&ldo;白云&rdo;号和&ldo;丛云&rdo;号两艘驱逐舰去支援。

不久又接到第8舰队的命令，加派&ldo;朝云&rdo;号和&ldo;夏云&rdo;号驱逐舰前去。

山本获悉战况后，也派出岸基飞机搜索敌舰。

12日晨，日军侦察机在萨沃岛附近发现美军的两艘巡洋舰，其中一艘已经负伤，无法航行。

日军立即从拉包尔出动27架攻击机、14架轰炸机和21架战斗机前去攻击，后因天气恶劣，中途返航。

美军也不断派出飞机搜索攻击，六时许，&ldo;仙人掌&rdo;航空队的11架轰炸机攻击了前去救援&ldo;古鹰&rdo;号的&ldo;白云&rdo;、&ldo;丛云&rdo;两舰，但没有取得战果。

八时许，从美军航母上起飞的20架舰载轰炸机又攻击了这两舰，&ldo;丛云&rdo;号被击中，丧失航行能力。

十四时，&ldo;丛云&rdo;号受到了第三次空袭，被击中起火，只得由&ldo;白云&rdo;号接下舰员。

日落后，&ldo;白云&rdo;见&ldo;丛云&rdo;仍在燃烧并不断爆炸，无法拖带，只好发射鱼雷将其击沉。

&ldo;朝云&rdo;、&ldo;夏云&rdo;知道&ldo;丛云&rdo;号受伤，也赶来救援，中途遭到美军11架舰载轰炸机的攻击，&ldo;夏云&rdo;号中弹，舰体炸裂，大量进水，于十四时二十分沉没。

日军运输船队的其余船只于当晚返回了肖特兰岛，他们对第6巡洋舰战队的救援，不但没有任何成效，反而损失两艘驱逐舰。