日军为压制美军的岸基航空兵，保障增援编队安全抵达瓜岛，计划先出动炮击编队炮击亨德森机场，这一任务由阿部弘毅中将指挥的第一炮击编队承担，共有2艘战列舰、1艘巡洋舰和14艘驱逐舰。

12月9日和联合舰队主力一起从特鲁克出发，12日早上被美军侦察机发现，仍继续南进。

晚二十三时，到达萨沃岛以西，准备经萨沃岛南水道进入铁底湾。

此时的航行队列是：&ldo;比睿&rdo;号、&ldo;雾岛&rdo;号战列舰以单纵列鱼贯而行，&ldo;长良&rdo;号巡洋舰和&ldo;雪风&rdo;、&ldo;天津风&rdo;、&ldo;照月&rdo;、&ldo;晓&rdo;、&ldo;电&rdo;、&ldo;雷&rdo;六艘驱逐舰在战列舰前方排成半圆形警戒圈，在警戒圈前方&ldo;朝云&rdo;、&ldo;时雨&rdo;、&ldo;五月雨&rdo;号驱逐舰为左前卫，&ldo;夕立&rdo;、&ldo;春雨&rdo;号驱逐舰为右前卫，以防备美军鱼雷艇可能的攻击。

还有3艘驱逐舰则在萨沃岛以西巡逻警戒。

虽然阿部知道白天在铁底湾有美舰活动，但他认为仍会像以往一样，日落后这些美舰就会撤走，根本没想到会在夜间遭遇美舰，所以采取了这样的航行序列。

12日二十三时三十分，装备新型雷达的&ldo;海伦纳&rdo;号巡洋舰发现了远在14海里外的日军舰队，但卡拉汉没有利用这一先敌发现的机会先敌攻击，而是指挥美舰进行了两次右转，企图像在埃斯佩兰斯角海战那样，占据t字横头阵位。

就在美舰机动过程中，最前面的&ldo;库欣&rdo;号驱逐舰突然发现日军舰队就在3000米外，一面报告，一面立即转舵以抢占发射鱼雷的有利位置，这样一来，后面的3艘驱逐舰为了避免碰撞，只好跟着急转，居中的巡洋舰则迅速左转以避开急转的驱逐舰，美军舰艇之间的距离迅速缩小，队形也紊乱起来。

就在这时，日军也发现了美舰，因为没有料到会在夜间遭遇美舰，一时倒也把日军给弄了个措手不及，阿部立即下令将原准备射击机场的高爆弹和燃烧弹换成攻击军舰的穿甲弹，日军的运弹手动作极快，在短短十分钟里，完成了换弹工作，作好了攻击美舰的准备。

卡拉汉因为旗舰雷达性能欠佳，要依靠装备新型雷达的友舰来报告敌情，这样听取报告和向各舰下达命令都使用同一部报话机，干扰很大，&ldo;库欣&rdo;号请求允许其实施鱼雷攻击，当&ldo;库欣&rdo;号收到同意攻击的答复时，已经找不到准备攻击的目标了。

二十三时五十分，美军编队与日军编队混杂在一起，日舰&ldo;比睿&rdo;号打开了探照灯，正照在美军巡洋舰队列的第一艘&ldo;亚特兰大&rdo;号上，在&ldo;亚特兰大&rdo;号上的斯科特一见知道不妙，不等卡拉汉的命令就马上下令：&ldo;开火！

反照射！

&rdo;，说时迟那时快，日军的第一批炮弹已经准确地击中了&ldo;亚特兰大&rdo;号的舰桥，正在舰桥上指挥作战的斯科特和他的参谋人员，除一人外，全部丧生。

随着&ldo;亚特兰大&rdo;号的开火，其余美舰也开始射击，一时间，炮声四起，双方你来我往，炮弹纷飞，鱼雷翻腾，火光硝烟弥漫，队形全被打乱，卡拉汉见左右都有敌舰，就下令：&ldo;奇数舰向右射击，偶数舰向左射击。

&rdo;这个命令看上去既对付了左面之敌，又打击了右面之敌，实际上有的美舰在指定射击的一侧找不到目标，却遭到另一侧日舰的猛烈攻击，顿时陷入混乱。

日军驱逐舰乘此时机，发动鱼雷攻击，已经受伤的&ldo;亚特兰大&rdo;连中两条鱼雷，很快沉没。

&ldo;库欣&rdo;号上前救助，却被&ldo;比睿&rdo;号发现，随即就遭到了猛烈射击，&ldo;库欣&rdo;号连射六条鱼雷因日舰行动迅速无一命中，自己却被日舰重炮击中弹药舱，引起爆炸而沉没。

&ldo;库欣&rdo;号后面的&ldo;拉菲&rdo;号驱逐舰几乎与&ldo;比睿&rdo;号相撞，&ldo;拉菲&rdo;号立即发射鱼雷，但因距离太近，保险装置还来不及打开，鱼雷击中了&ldo;比睿&rdo;号却没爆炸，&ldo;拉菲&rdo;号随即以20毫米机关炮扫射&ldo;比睿&rdo;号，&ldo;比睿&rdo;号还以颜色，用356毫米主炮猛轰，&ldo;拉菲&rdo;号连中两弹，上层建筑几乎被炸飞，后来又被两条鱼雷击中而沉没。

美军第三艘驱逐舰&ldo;斯特雷特&rdo;号遵循卡拉汉的命令向右面射击，和&ldo;比睿&rdo;号展开炮战，连连中弹，舵机、雷达均被打坏，仍坚持战斗，冲到距&ldo;比睿&rdo;号2000米处发射四条鱼雷，可惜无一命中。

第四艘驱逐舰&ldo;奥邦农&rdo;号正向1200米外的&ldo;比睿&rdo;号猛烈开炮，接到卡拉汉不要射击友舰的指示，还以为是在误击友舰，便停止了射击，等到分辨清楚，才恢复了射击同时发射两条鱼雷，也没命中。

在混战中，卡拉汉的旗舰&ldo;旧金山&rdo;号曾向数艘军舰射击，也有多发命中，他认为其中可能有误击友舰，就下令不要射击友舰，并且要求瞄准大舰攻击，不久就遭到日军&ldo;雾岛&rdo;号战列舰的舰炮射击，被击成重伤，舵机失灵，无法控制，日军的一艘驱逐舰从其左舷擦过，就在两舰交错之际，日舰乘机以机关炮扫射其上层建筑，在舰桥指挥战斗的卡拉汉和舰长等军官全部被扫倒，无一幸免。

在&ldo;旧金山&rdo;后面的&ldo;波特兰&rdo;号巡洋舰先同右侧的日舰炮战，互有损伤，后又转向北进与另一艘日舰对射，在混战中被鱼雷击中舰尾，舵机被毁，失去航行能力，在原地直打转，但仍在坚持战斗，向&ldo;比睿&rdo;号连连开炮，最后于次日被拖回图拉吉岛。

&ldo;海伦纳&rdo;号装备新型雷达，对战场形势比较清楚，没有误击友舰，对日舰进行了猛烈射击，当日舰撤退时还以炮火延伸射击，进行火力追击。

美军最后一艘巡洋舰&ldo;朱诺&rdo;号在战斗中被鱼雷击中锅炉舱，失去战斗力，只得退出战斗。

美军殿后的四艘驱逐舰也迅速上前，投入战斗。

&ldo;艾伦沃德&rdo;号向打开识别灯的日军&ldo;夕立&rdo;号驱逐舰猛烈开炮，双方展开激战，最终将&ldo;夕立&rdo;号击沉，自己也被击中数弹，受了轻伤。

&ldo;巴顿&rdo;号向日舰连射四条鱼雷，自己被日军一条鱼雷击中舰体中部，几乎被炸成两半，很快下沉。

&ldo;蒙森&rdo;号向右面的日舰一口气射出十条鱼雷，将日军&ldo;晓&rdo;号驱逐舰击沉，但他鲁莽地打开探照灯准备寻找其他目标，却反而暴露了自己，遭到日舰的密集射击，先后被三十七发炮弹击中，其中三发还是356毫米的重炮炮弹，燃起大火，于次日伤重沉没。

&ldo;弗莱彻&rdo;号驱逐舰装备了新型雷达，能够清楚辨别目标，在战斗中先向日舰射击，当友舰也随之向该敌射击，它就向其他日舰转移火力，再为友舰指示目标，起到了引导作用。

也是这场海战中美军唯一未有任何损伤的军舰。