在发现日军掩护队的最初几分钟里，美军编队并没有立即开火。这是因为附近海岛上高耸的山坡回波掩盖了目标，以致战场情报中心的专家们无法准确研判出前面究竟有多少日舰，也不知道它们的配置和航向。

一切只能看指挥官的临场指挥和决断能力了。安斯沃思下令变航行队形为战斗队形，在接近日舰到中等距离时进行雷控射击。

接近是为了射得更准确，但缺点也显而易见——距离6200米，美军还没有开炮，日军瞭望哨就已凭借目力发现了美舰。

短时间内，安斯沃思无法再通过雷达分配射击，他只能集中所有火力，选择最大的或最近的目标进行射击，这个目标就是秋山的旗舰“新月”号。

雷控射击是利用雷达电波碰击敌舰，再通过反射，自动准确地测定距离实施的射击。这跟用测距仪测定距离的打法完全不同，理论上讲，应该达到百发百中的效果，所以美军在夜色中的射击相当准确，巡洋舰主炮的第一次齐射就命中了。

在战斗的前五分钟，三艘巡洋舰共向日舰倾泻了超过2500发152毫米炮弹（即六英寸炮弹），美军称之为“六英寸机关枪”。炮弹大部分落在了“新月”号上，“新月”号还没来得及发射鱼雷，雨点般的炮弹便摧毁了它的舰桥。正在指挥作战的秋山及其幕僚当场殒命，接着舰体沉入海底。

安斯沃思深知日军夜战中的法宝是什么，因此五分钟后即下令编队转向，以躲开鱼雷攻击。

理论上正确的东西，实战中未必都一一可行。日军掩护队的驱逐舰除“新月”号外，分别是“凉风”号和“谷风”号。安斯沃思以为五分钟的“机关枪扫射”足以把大部分日舰扫成筛子，但实际只打沉了“新月”号，“凉风”号和“谷风”号并未遭到射击，还拥有足够的反击能力。

在所罗门海战中，因为弹药中没有消焰剂，美军舰炮发射时的火光会暴露自己的位置，从而为鱼雷攻击提供目标。美军注意到了这个问题，但为前线提供的无焰弹仍然很少，三到四次齐射就打完了，再开火时，炮火刺目绚烂，在夜色中非常显眼，成为日舰理想的瞄准点。

“凉风”号和“谷风”号瞄准美军的炮火闪光处，将鱼雷管中的所有16条“长矛”鱼雷全部射出，随后两舰一边施放烟雾，一边撤出了战场。

安斯沃思编队转向时，日军发射的鱼雷正好到达美舰所在位置，处于编队中央的“海伦娜”号轻巡洋舰是日舰瞄准的基点，先后被四发鱼雷击中。以“长矛”鱼雷的破坏力，一发就足以击沉一艘巡洋舰，“海伦娜”号的舰体两头被炸得像折叠过一般。瓦罐不离井上破，壮士难免阵前亡，军舰也一样，“海伦娜”号在所罗门海战中多次死里逃生，但这次它没能逃过去，最终沉入了大海。

“海伦娜”号中弹让美军队形一度出现混乱。转向完成后的编队立即重组队形，以攻击新出现的日军第二运输队。安斯沃思看到第二运输队正在右转，于是下令编队进行机动，先一步占据“T”字横头阵位。

在“T”字阵位上，所有美舰均可发挥火力，而日舰只有第一艘“天雾”号可以还击。由于位置不利，日舰丧失了发射鱼雷的机会，“天雾”号连中四弹，“初雪”号也被三发炮弹命中，两舰慌忙撤逃。后面的两艘驱逐舰见美舰舰炮又狠又准，更不敢接战，也急忙掉头。

日舰都有一套躲雷达的办法，有的利用海岸雷达杂波进行掩护，有的驶离雷达的有效范围。安斯沃思在雷达荧光屏上看到只有己方驱逐舰，便下达了“所有火炮退膛”的命令。

出乎安斯沃思意料的是，原本退出的“凉风”号和“谷风”号又回来了。它们重新装填了备用鱼雷，准备实施第二次攻击，但此时美军编队已撤出战场，只得悻悻而返。

无脑的“电子狗”将他的主人秋山送上了不归之途，但秋山临死前将日舰分成三拨，被证明是做出了一个正确的决定——安斯沃思在库拉湾与掩护队激战的时候，日军运输队已将1600多名陆军官兵和90吨补给物资送到了岸上。

因为没有雷达引导，日军驱逐舰在卸载完毕后只能各自寻找捷径跑路，其中“长月”号驱逐舰误入浅水海域并搁浅，天亮后被美军飞机击沉。在库拉湾海战中，日军驱逐舰共被击沉2艘，5艘受伤，包括秋山在内的300多人丧生，但是基本完成了运输任务。美军损失一艘轻巡洋舰，也没能阻止日军的增援行动，总体上是一次失利的海上阻援战。