Только в 01.36 радар «Гонолулу» обнаружил более чем в 20 000 ярдах на юго-западе не то 3, не то 4 цели. Эйнсуорт отдал приказ перестроиться в кильватерную колонну, но, не дожидаясь результата, тут же приказал кораблям повернуть «все вдруг» на юго-запад и двигаться строем фронта. В результате головные эсминцы «О’Беннон» и «Николас» отправились в отдельное плавание.

Тем временем Акияма все-таки решил отправить 2-ю транспортную группу разгружаться, чем окончательно сбил американцев с толку, так как отметки на экранах радаров разделились. Американский адмирал, отчаявшись разбираться в ситуации, скомандовал еще один поворот «все вдруг», возвращая корабли в кильватерную колонну, и этим ухитрился сделать «crossing-T» отряду Акиямы, но при этом американцы никак не могли решить, по какому же японскому отряду стрелять. Запутавшийся адмирал то приказывал стрелять по дальней группе (транспортной), то решал заняться ближней (прикрытия), то разрешал эсминцам начать стрелять, то приказывал «подождать минутку». Словом, старательно повторял все те ошибки, которые ранее допускали Скотт, Каллахэн, Райт. Но, на его счастье, японцы уже не могли выставить те силы, которые сражались у Гуадалканала.

Акияма, наконец, приказал транспортной группе присоединиться к нему и приготовился к сражению, однако он не проявил таланта адмирала Танаки и задержал торпедный залп. Поэтому первыми в 01.57 открыли огонь все-таки американские крейсера, причем дистанция к этому времени сократилась до 7000 ярдов. По мнению американцев, они добились огромного количества попаданий, видели многочисленные пожары и взрывы. Сам Эйнсуорт писал: «После того как дали первые залпы и японские корабли охватило пламя, воздух наполнили крики боли, удивления и ужаса на японском языке. Эти вопли прилетели на средних частотах в наш БИЦ и доставили нам немалое удовольствие. Японские передатчики умолкали, по мере того как их корабли тонули или выходили из строя, и наконец полностью замолкли». На «Хелене» были уверены, что все три цели, по которым крейсер вел огонь, были уничтожены. Кстати, американские эсминцы так и не пустили в ход торпеды, первым это решился сделать «Дженкинс», который долгое время торчал на раковине «Николаса» и вообще не мог стрелять.

На самом деле весь огонь американцев обрушился на флагманский «Ниидзуки», который тоже не смог использовать торпеды, зато это сделали «Судзукадзэ» и «Таникадзэ». Затем японцы открыли огонь из орудий и круто повернули на юг, поставив дымовую завесу. По мнению американцев, стрельба японцев была слабой и неэффективной, снаряды ложились недолетами, и лишь несколько осколков упало на палубу крейсеров. Тем временем пылающий «Ниидзуки» вышел из строя, а остальные два эсминца группы прикрытия ушли на северо-запад, чтобы перезарядить торпедные аппараты. При этом «Судзукадзэ» получил 4 попадания, причинивших некоторые повреждения, а в «Таникадзэ» попал неразорвавшийся снаряд.

Эйнсуорт был уверен, что уже выиграл сражение, так как уничтожил первую группу японских кораблей. В 02.03 он приказал повернуть на обратный курс, чтобы заняться дальней. Но именно в этот момент японские торпеды настигли свою цель. Первая торпеда ударила в борт «Хелены» напротив башни № 2, практически сразу крейсер получил еще два попадания. Судьба его была решена, три «Лонг Лэнса» не выдержал бы и более крупный корабль.

На этом неприятности американцев не закончились. На «Сент-Луисе» от сотрясений при стрельбе вышел из строя радар SG, и крейсер попросту ослеп, поэтому бой мог продолжать только флагманский «Гонолулу». Однако и он запутался с переносами огня и позволил ускользнуть поврежденным эсминцам группы прикрытия. В 02.15 Эйнсуорт повернул влево и взял курс точно на восток, теперь он перекрывал дорогу 2-й транспортной группе, которая пошла на выстрелы. Через тринуты американцы открыли огонь с дистанции 11 000 ярдов по «Амагири», который сразу получил 4 попадания и поспешно повернул вправо на 180 градусов. При этом американцы были искренне уверены, что вели огонь по 4-трубному крейсеру, хотя это был не самый новый и не самый крупный эсминец постройки начала 1930-х годов. Следовавший за ним «Хацуюки» открыл огонь, но получил два попадания, хотя снаряды не взорвались. Он повернул влево, чтобы укрыться в тени острова Коломбангра. Третий в линии, «Нагацуки», получил одно попадание и вместе с концевым «Сацуки» круто повернул вправо, прикрываясь «Амагири». Японский строй рассыпался.

В 02.27 Эйнсуорт повернул вправо, взяв курс на юго-запад, и лишь теперь спохватился, что пропал следующий мателот, и начал спрашивать, куда исчезла «Хелена». Через 5 минут «Сент-Луис» передал, что вроде бы она где-то на левой раковине. Тогда Эйнсуорт повернул на северо-запад и приступил к поискам пропажи.

Лишь после этого в дело вступили американские эсминцы. В 02.42 «Николас» выпустил 5 торпед в стоящий без хода «Ниидзуки», а в 02.58 «Дженкинс» выпустил 5 торпед в мифическую цель по правому борту. В 03.05, так ничего и не найдя, Эйнсуорт повернул домой, отправив, однако, «Николас» и «О’Беннон» осматривать залив Велья, а «Рэдфорд» – «Кьюла». И вот в 03.33 «Рэдфорд» обнаружил оторванную носовую часть «Хелены», окончательно прояснив судьбу пропавшего крейсера. Адмирал приказал эсминцам подбирать спасшихся и поторопиться, чтобы днем не попасть под атаки японской авиации.

Однако бой еще не совсем закончился. В 02.46 из-за ошибки вахты эсминец «Нагацуки» вылетел на берег Коломбангры в 5 милях от Вилы, и «Сацуки» попытался стащить его с мели. «Судзукадзэ» и «Таникадзэ», перезарядив торпедные аппараты, вернулись к заливу Кьюла. Команды провозились с перезарядкой чуть не втрое дольше положенного, и в результате эсминцы не нашли ни своих, ни чужих. Им не осталось ничего иного, как вернуться в базу. Однако они успели переполошить американские эсминцы, занимавшиеся спасением экипажа «Хелены». Но так как радиолокационный контакт быстро пропал, спасательная операция продолжилась.

Эсминцы «Микадзуки» и «Хамакадзэ» из 1-й транспортной группы вернулись в Буин через пролив Блэкетт. Конечно, в памяти была свежа майская катастрофа, когда на минах погиб 15-й дивизион эсминцев. Но, похоже, мины показались японцам менее опасными, чем орудия крейсеров. К счастью для них, американцы не стали подновлять заграждение, и все обошлось. «Амагири» около 04.00 прибыл в Вилу, быстро разгрузился и направился на север, прижимаясь к берегу. В 05.15 он оказался на месте гибели «Ниидзуки» и попытался начать спасение команды. «Николас» и «Рэдфорд» снова прервали спасение экипажа «Хелены» и бросились к нему. Однако японские наблюдатели подтвердили свой класс и вовремя заметили опасность, «Амагири» дал полный ход и помчался на северо-запад. Противники обменялись торпедными залпами, но все торпеды прошли мимо. Завязалась было артиллерийская дуэль, но командир японского корабля предпочел не испытывать судьбу и в 05.35 отвернул в сторону, оставив экипаж «Ниидзуки» на произвол судьбы. Американские эсминцы опять вернулись к месту гибели «Хелены», убежденные, что потопили торпедами крейсер типа «Сэндай» и эсминец. Японцы тоже были уверены, что их торпеды попали в цель.

Но и это еще не был конец. Теперь на сцене появился эсминец «Мотидзуки». После разгрузки командир «Хацуюки» решил поиграть в русскую рулетку с минами и ушел через пролив Блэкетт, но «Мотидзуки» пошел на север через залив Кьюла. Кстати, японцы таки сумели выгрузить в Виле 1600 человек и 90 тонн грузов. К этому времени уже рассвело, и в 06.10 завязалась очередная перестрелка. Снова американцы стреляли чуть-чуть лучше и добились попадания в японский корабль. Но на войне «чуть-чуть» не считается, незначительные повреждения не остановили японца, и он удрал. «Николас» и «Рэдфорд» подобрали 52 офицера и 687 матросов из экипажа «Хелены» и отбыли в Тулаги.