正是由于三川进行了反复的侦察，对美军的情况已经完全掌握，他决定从萨沃岛以南进入铁底湾，先消灭美军的巡洋舰，再消灭运输船，最后从萨沃岛以北撤出。随即通过旗舰“鸟海”号重巡洋舰的灯光信号将作战计划通知各舰。十八时，日舰将甲板上的所有易燃物扔进海中，对弹药进行最后检查整备。二十二时三十分，天色完全黑了，日军以“鸟海”号为首排成间距１２００米的单纵列，在桅杆上升起白色识别旗，加速到２８节，杀气腾腾闯入瓜岛海域！
而与此同时美军担任海空掩护的航母编队司令弗莱彻，借口舰载机损失和油料不足，报告戈姆利请求撤走，黄昏时分未获批准就擅自率航母编队撤出瓜岛海域，二十时已远离了瓜岛。特纳只好紧急召集掩护编队司令克拉奇利和范德格里夫特开会，通报了这一情况，并宣布由于失去了空中掩护他的舰只将在第二天撤走，尽管登陆部队的补给物资卸载量还不到四分之一。范德格里夫特对此表示了强烈抗议，但特纳认为他别无选择，只能连夜尽可能多卸下一些物资。会议气氛十分紧张，开了数小时仍是不欢而散。
就在会议结束，克拉奇利乘汽艇赶回旗舰半路上，战斗打响了。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３艘巡洋舰、２艘驱逐舰负责警戒，北区由第二大队３艘巡洋舰、２艘驱逐舰负责警戒，东区由第三大队２艘巡洋舰、２艘驱逐舰负责警戒，另以２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。
８月９日一时，日舰驶抵萨沃岛西北，日军了望兵夜战素质较高，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日舰，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，美舰还毫无察觉。三川考虑到自己编队长达８０００余米，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。一时三十三分，三川下达总攻击令。直到十分钟后，美军“帕特森”号驱逐舰才发现日舰，刚用无线电发出警报：“注意！不明身份军舰正在进港！”日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，日军的炮弹和鱼雷接踵而来，澳大利亚海军“堪培拉”号巡洋舰右舷连中两条鱼雷，又先后被２４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，由于日舰速度很快，只来得及向日军队列最后的“夕风”号驱逐舰发射了２５发炮弹就失去了目标，便向西退出战斗。最先发现日舰的“帕特森”号驱逐舰与日舰展开炮战，舰长下令发射鱼雷，鱼雷长未听到命令而没执行，该舰被日军击中一弹，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，眼睁睁看着日舰离去，等到鱼雷发射，早已追不上远去的日舰了。
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，加上电闪雷鸣掩盖了南区的炮声和火光，北区美军全然不知日军已经杀来。“文森斯”号巡洋舰的舰长利弗科上校比较警觉在一时四十五分时，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。日舰接近到８０００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，日军则还以更猛烈的炮火。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，日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，这时日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，日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，但日军已经校准了目标，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。
日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，日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５米没击中三川所在的指挥室，击中了旁边的海图室，里面３４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。而日舰乘机分为两列，对其进行两面夹击，“昆西”号中弹多发，二时许，日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。
由于日舰集中攻击美军的巡洋舰，美军２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，于二时二十分下令返航。撤至萨沃岛附近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，日军则称为第一次所罗门海战，美军被击沉巡洋舰４艘，击伤巡洋舰１艘，驱逐舰２艘，伤亡１７３２人。日军仅“鸟海”号海图室被毁，“青叶”号鱼雷发射管被击破，亡３５人，伤５１人。令美军聊以自慰的是Ｓ－４４潜艇击沉了返航途中的日军“加古”号巡洋舰。
这是日美两军为争夺瓜岛而进行的第一次海战，日军凭借其出色的夜战素养，周密的临战侦察，准确的舰炮鱼雷攻击，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，给以后的争夺战带来了很不利的影响。为此遭到了山本的批评。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性，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。但美军从中吸取教训，总结经验，在以后作战中不断改进，不失为亡羊补牢。
三川舰队撤离后，特纳判断日军在９日白天不会再来，就一面救助落水士兵，一面组织未受打击的运输船只继续卸载，直至黄昏才带着未卸完的一多半物资、陆战１师约１０００人的后备队和大多数的重装备撤离瓜岛。总共卸下四个基数的弹药和可供岛上部队使用三十七天的给养。这完全归功于美军有“战斗装载”的标准，也就是运输船装载物资根据战斗需要先后次序装载，最先使用的物资放在最上面，能够最先卸下来。这就保证了美军在瓜岛作战的基本物质需要，这是美军战争前就根据多次演习中所暴露出的问题而特别制定的，这时显示出威力了，如果没有这一标准，陆战１师根本无法凭借一天一夜所卸载的物资来作战。
望着远去的运输船和掩护舰只，美军就只剩下瓜岛的一万人，图拉吉岛的六千人，只有为数极少的大炮。范德格里夫特很清楚，瓜岛之战的胜利取决于瓜岛的制海权，而制海权又取决于制空权，在美军航母仍处于劣势的情况下，瓜岛的机场就是成败的关键，因此他特别要求将修建机场所需的设备、机械优先卸下，以便能尽快建成机场，并极其明智地以机场为核心建立防御体系。使美军从一开始就占据了有利地位。
日军则每天派出几架飞机前来进行骚扰性质的空袭，令人不解的是日军似乎对海滩上堆积如山的物资没有兴趣，从不浪费一颗炸弹，美军又要建机场，又要修筑防御工事，搬运物资的人手严重不足，花了整整两星期才把这些物资从海滩上搬走，日军只要扔下几颗炸弹就可将这些物资全部摧毁，这样就能让美军陷入无粮无弹的困境，可惜，日军总有一种通病，对后勤非常轻视，这就注定要让日军在以后的作战中饱尝苦果。
第三节 泰纳鲁河口之战
一日军大本营获悉美军在瓜岛登陆后，立即研究对策。８月１３日决定一面按既定计划进攻莫尔兹比港，一面从第１７军抽出部分兵力，在海军协同下夺回瓜岛。根据这一决定，山本亲率联合舰队主力离开本土前往特鲁克，投入瓜岛作战。而第１７军军长百武非常轻敌，认为美军的航母编队和运输船只都离开了瓜岛，那么在瓜岛登陆的美军不会很多，估计不超过２０００人，所以将主力继续用于莫尔兹比港作战，只抽调６０００人用于瓜岛，而且这６０００人还分为两批，第一批是在关岛的一木支队约２５００人。