一声爆炸，舰突然向左倾斜。哥丁舰长此时仍认为是潜艇攻击，想到后面还有“芝加哥”号救援，对该舰的受伤程度并不怎么在意。然而，就在这时，从左侧黑暗中，连续发闪光，并传来大的炮击声，他这才意识到日本的舰队就在附近。

“左舷炮战。快！快！”哥丁舰长立即对着通讯话筒声大喊。

可是当主炮正向左旋转时，日舰击的炮弹已呼啸而来，瞬间就有24发炮弹打在“堪培拉”号的船舷上。当“堪培拉”号顽地回击了两条鱼雷和几发炮弹后，船上的主机就不能转动了，大火蔓延到整个甲板上，甲板上到都是倒毙的尸，舰长也被击毙。一些伤重而生命垂危的兵仍在挣扎着把烈火烤得发的炸弹推到海里去，但“堪培拉”号已经不克救药，最后还是在几个小时后沉了大海。

跟随在“堪培拉”号后面的“芝加哥”号也没有上好运，舰首被鱼雷击中，爆炸掀起的使前甲板涌满了海。同时该舰前桅又被日军巡洋舰发的一发炮弹击中，舰面弹片横飞，死伤惨重。“芝加哥”号重巡洋舰一弹未发，就脱离编队撤了战斗。“帕特森”号驱逐舰也被日舰击伤。日舰队初战告捷，于1时50分撤离战斗北上。

山川舰队在炮战后，又接到侦察机的报告，得知北方有敌舰警戒，于是便向左转换方向，杀向军北区巡逻队。此时此刻，军警戒布势的最大弊病充分暴无余，南北两区的巡逻舰相距较远，当遭到日军攻击后无法迅速汇合和联合作战。南区被打得混转向的舰，也忘了将情况及时通报北区的巡逻舰队，因而当日舰北上时，北区警戒的军舰队仍然在照原队形航行。

黑暗中日舰队因故障在变换航向时分成了两队，结果无意中形成对军舰队的钳形两面夹击这势。日军“鸟海”号重巡洋舰接近舰后，立即打开探照灯捕捉目标，并开始发鱼雷展开炮战。刹那间，海面上戈光弹弹穿梭往来，在茫茫的夜空中织了一光怪陆离的图案。

可笑的是最初舰还以为是友军舰队，遂打开识别信号灯，这正好给日舰指示了攻击的目标。冲在最前面的日军旗舰“鸟海”号，发鱼雷命中了“阿斯托里亚”号重巡洋舰。然后，日军战舰一齐打开探照灯，烈的灯光照得军兵睁不开。顷刻之间，所有日军战舰的主、副炮一齐开火，猛烈的炮火使军战舰几乎无躲藏。日军的奇袭再度成功。数分中的炮战中，军的重巡洋舰“文森斯”号、“昆西”号和“阿斯托里亚”号均遭重创，相继沉没。

这时的形势显然对日军舰队十分有利，面对南区巡逻队早已溃不成军，北区巡逻队几乎全军覆没，山川若乘胜击，全歼瓜岛的军运输舰船，真可谓中取，易如反掌。然而日军的指挥官山川中将此时却顾虑重重，夜战中虽然日军取得了很大的战绩，可是舰船兵力散开，队形已，若要再恢复战斗队形，将需要用3个小时左右的时间，到时天就亮了，如果再冒险攻军登陆场，定会遭到来自军特混航空母舰编队的舰载机的袭击，到时全军覆没的可能就是自己。鉴于此情况，山川放弃了乘胜击的机会，而是果断地下达了撤退的命令。至此，日两军在瓜岛的第一次海战就这样结束了。

海战的结果，日军取得了压倒的胜利，共击沉巡洋舰4艘，重创巡洋舰1艘，驱逐舰1艘，击伤军1700余人，己方战舰无一重伤，可谓大获全胜。日舰队在返航的途中又击沉了警戒驱逐舰“拉尔夫-塔尔伯特”号，但“加古”号巡洋舰在驶到离基地70海里时，被军S-44号潜艇击沉。日军死亡仅58人，伤53人。