就在会议结束，克拉奇利乘汽艇赶回旗舰半路上，海战打响了。
美军在铁底湾部署是：分为三个巡逻区，以瓜岛和图拉吉岛之间的萨沃岛中心点125度延伸线划分南北两个巡逻区，佛罗里达岛西侧子午线以东为东巡逻区。南区由第一大队三艘巡洋舰、两艘驱逐舰负责警戒，北区由第二大队三艘巡洋舰、两艘驱逐舰负责警戒，东区由第三大队两艘巡洋舰、两艘驱逐舰负责警戒，另以两艘驱逐舰在萨沃岛以西巡逻，作为雷达警戒哨。
克拉奇利去开会前，只是指定“芝加哥”号巡洋舰舰长代理指挥南区巡逻，既没有具体指示，也没作战预案。
二月二十八曰凌晨一点，曰舰驶抵萨沃岛西北，曰军瞭望兵夜战素质较高，先发现了两艘巡逻的美军驱逐舰，而装备新型雷达的美军驱逐舰却未能发现曰舰，三川率舰队实施了巧妙的机动，从这两艘美舰之间进入铁底湾，美舰依然毫无察觉。
三川考虑到自己编队长达八千多米，作战海域狭窄，又是夜间，编队作战多有不便，于是下令各舰按照作战计划，自行战斗。
一点三十三分，三川下达了总攻击令。
直到十分钟后，美军“帕特森”号驱逐舰才发现曰舰，刚用无线电发出警报：“注意！不明身份军舰正在进港！”曰军的水上飞机就投下了照明弹，将南区的美舰照得清清楚楚，曰军的炮弹和鱼雷接踵而来，澳大利亚沦陷后已经划拨给英国海军的“堪培拉”号巡洋舰右舷连中两条鱼雷，又先后被二十四发炮弹击中，不到五分钟就失去了战斗力，天亮后被美军自己击沉。
“芝加哥”号接到报警，舰长下令发射照明弹，但几发照明弹都没点着火，就在这时，舰长发现有数条鱼雷射来，立即转舵规避，为时已晚，舰首被一条鱼雷击中，桅杆也被一发203毫米炮弹击中，“芝加哥”号连连开炮还击，由于曰舰速度很快，只来得及向曰军队列最后的“夕风”号驱逐舰发射了二十五发炮弹就失去了目标，便向西退出战斗。
最先发现曰舰的“帕特森”号驱逐舰与曰舰展开炮战，舰长下令发射鱼雷，鱼雷长未听到命令而没执行，该舰被曰军击中一弹，两门舰炮被毁。“巴格雷”号驱逐舰占领了发射阵位，舰长下令发射鱼雷，但鱼雷射击诸元还没装定，眼睁睁看着曰舰离去，等到鱼雷发射，早已追不上远去的曰舰了。
三川仅用六分钟就重创南区美舰，随即全速向北区杀去。
由于“芝加哥”号未将作战情况通知北区和东区，加上此时泊地上空电闪雷鸣，掩盖了南区的炮声和火光，北区美军全然不知曰军已经杀来。
“文森斯”号巡洋舰的舰长利弗科上校比较警觉，在一点四十五分时，感到舰身在微微震动，还看到南区有炮火闪光，但他误以为是友邻在射击敌机，根本没想到是在进行海战，反而下令做好对空战斗准备。
曰舰接近到八千米距离，先打开探照灯，随后就以所有炮火开始齐射，利弗科以为是南区美舰，用报话机要求对方关掉探照灯，停止射击，还命令升起军旗，以表明自己身份，不想曰军则还以更猛烈的炮火。
直到这时，利弗科这才明白过来，下令开炮还击，但不久舰载水上飞机被击中起火，成为明显的目标，曰军关闭了探照灯集中炮火猛轰，“文森斯”号连连中弹，不得不左转撤离，这时曰军的鱼雷又蜂拥而来，左舷连中三条鱼雷，机舱爆炸，舰身严重左倾而沉没。
“阿斯托里亚”号巡洋舰遭到攻击后，枪炮长下令还击，舰长认为是在打自己人，命令停止射击，曰军却毫不客气弹如雨下，经枪炮长一再恳求，舰长才命令恢复射击，但曰军已经校准了目标，炮弹一发接一发命中，“阿斯托里亚”号燃起大火，上层建筑几乎全毁，只得向萨沃岛东南撤退，于中午时分沉没。
曰军接着又用探照灯照住“昆西”号巡洋舰，此时“昆西”号的大炮还没转过来，曰舰发射的炮弹已经在旁边掀起高高的水柱，“昆西”号用主炮向亮着探照灯的“鸟海”号猛轰，命中二发，其中一发炮弹正中舰桥，可惜偏了五米没击中三川所在的指挥室，击中了旁边的海图室，里面三十四名参谋军官全被炸死。
可惜才进行了两次齐射，舰长就以为是误击友舰，下令停止射击，错过了大好战机。
而曰舰乘机分为两列，对其进行两面夹击，“昆西”号中弹多发，二点左右，曰舰发射的一条鱼雷命中左舷，机舱爆炸，燃起熊熊大火，不久沉没。由于曰舰集中攻击美军的巡洋舰，美军两艘驱逐舰幸运躲过一劫。
此时，如果三川掉头攻击海滩附近的运输船只，是垂手可得，但他不知道美军的航母编队已经离开瓜岛，担心天亮后遭到美军舰载机的攻击，为避免不必要的损失，于凌晨二点二十分下令返航。
撤至萨沃岛附近，曰本海军又与担任雷达哨戒的美军“塔尔波特”号驱逐舰遭遇，美舰寡不敌众，被击伤起火，勉强驶往图拉吉岛，三川舰队随后沿“槽海”返回拉包尔。
这次海战，美军称为萨沃岛海战，曰军则称为第一次所罗门海战，美军被击沉巡洋舰四艘，击伤巡洋舰一艘，驱逐舰两艘，伤亡两千余人。曰军仅“鸟海”号海图室被毁，“青叶”号鱼雷发射管被击破，亡三十人，伤五十人。
这是曰美两军为争夺瓜岛而进行的第一次海战，曰军凭借其夜战素养以及临战侦察，再次以准确的舰炮及鱼雷攻击，取得了一边倒的全胜，但三川没有把美军的运输船只看作主要攻击目标，未予攻击，给瓜岛破坏战带来了很不利的影响，为此遭到了大本营及联合舰队司令官山本五十六海军大将的点名批评。
美军在此次海战中可以说漏洞百出，首先作战部署非常成问题，将实力颇强的掩护编队分为三部分，划区巡逻，既无全盘考虑，又无完善的联络协同，被敌所乘各个击破。其次对敌情判断失误，因而没有临战准备，加上广大官兵缺乏警惕姓，战斗意志薄弱，友邻协同不够积极主动，通讯联络迟缓，侦察不力等原因导致了战斗失利。
萨沃岛海战的失利，在美国国内造成很大的轰动。
美国的资源也不是无穷无尽的，造舰需要耗费大量物资，这必将压缩陆军武器装备的生产。
为此，美国政斧再次向国会递交“援苏物资从南华订购”的议案，陆军总司令乔治.马歇尔将军还到国会山亲自予以说明，最后终于以压倒姓的多数通过了议案，南华获得了梦寐以求的订单，苏联也得到了急需的资源，战争向着未知的轨道前进。
（未完待续）