Наконец в 1.57 бой все-таки начался. Японские торпеды взбурлили воду, и американские орудия изрыгнули пламя. Используя радар для управления огнем (и, может быть, именно поэтому) американцы сосредоточили огонь на головном эсминце "Ниидзуки". Он быстро получил множество попаданий и затонул через несколько минут. Через минуту после начала боя "Судзукадзэ" и "Таникадзэ" выпустили по 8 торпед и отвернули на 90° на W, чтобы обойти горящий "Ниидзуки". После этого они поставили дымзавесу и отошли на NW, получив только минимальные повреждения. "Судзукадзэ" получил попадания в прожектор и торпедный аппарат, а также умеренные повреждения корпуса. "Таникадзэ" получил 1 попадание невзорвавшимся снарядом. "Амагири", примчавшийся с юга, получил 4 попадания, которыми были разбиты динамо-машины, радиорубка и убиты 10 неловок.
В 2.03 Эйнсуорт приказал повернуть на SSW, но через минуту первая из японских торпед попала в "Хелену", оторвав крейсеру нос до башни № 2. В течение 2 минут в него попали еще 2 торпеды в районе миделя.
В 2.21 "Гонолулу" и "Сен Луи" возобновили стрельбу, сделав "crossing Т" Второму транспортному Соединению. "Амагири" получил легкие повреждения, поставил дымзавесу и повернул вправо, выпустив торпеды. Следующий мателот, "Хацуюки", получил 3 попадания невзорвавшимися снарядами, которые сильно повредили его надстройки и машинное отделение. В его корпусе появились 2 пробоины, 6 человек были убиты. В ответ он сделал 20 выстрелов из своих 5" орудий. Эсминец отошел, чтобы встретиться с Первым Транспортным Соединением. "Нагацуки" получил 1 прямое попадание, но смог отойти на юг, следом за "Сацуки". Однако он вылетел на берег в 5 милях от Вилы. "Сацуки" попытался стащить его с мели, но это не удалось, и в 4.00 он пошел в Буин, оставив команду "Нагацуки" на борту своего корабля.
К 2.35 оба противника полностью потеряли строй. Адмирал Эйнсуорт, решив, что бой завершился, скомандовал общий отход в Тулаги. Его флагман "Гонолулу", "Сен Луи" "О'Беннон" и "Дженкинс" начали поворот. Однако на самом деле бой не закончился. Эсминцы "Рэдфорд" и "Николас" подбирали остатки экипажа "Хелены" после того, как в течение часа проводили поиск на NW. В 14000 ярдов от них "Амагири" занимался спасением экипажа "Ниидзуки". "Судзукадзэ" и "Таникадзэ" после длинного галса на NW ничего не обнаружили и вернулись в Буин. "Амагири" и "Николас" заметили друг друга (или враг врага) и прекратили спасательные операции, обменявшись торпедными залпами. В 5.34 они открыли артиллерийский огонь. "Амагири" получил попадание, поставил дымзавесу и отошел, бросив экипаж "Ниидзуки" в воде. Его потери составили примерно 300 человек. "Мотидзуки" из состава Первой Транспортной Группы решил отправиться в Буин через залив Кьюла. Снова "Николас" и "Рэдфорд" прекратили спасение и завязали бой. В этой стычке ни одна из сторон не получила попаданий.
Теперь американцы получили преимущество. Экипаж "Хелены" можно было спасти, зато экипаж "Ниидзуки" был обречен. "Нагацуки" прочно сидел на мели. Экипаж в конце концов бросил эсминец, и в 10.10 эсминец подвергся атаке американских самолетов. Он загорелся и после сери взрывов к вечеру 6 июля затонул. Тем временем подбитый "Хацуюки" добрался до Буйна.
Японцы намеревались высадить войска в Вила, но по официальным данным цели достигли только 850 солдат из 2600. Остальные вернулись на Коломбангру. Потери сторон были почти равными — 1 легкий крейсер за 2 эсминца. Превосходство американцев в огневой мощи могло принести им победу, но колебания и нерешительность привели к суматохе и потере инициативы. Более того, американские корабли не использовали беспламенный порох, что было серьезным недостатком. Зато. японцы очень эффективно применяли торпеды.
Превосходство японцев в ночных боях в очередной раз было продемонстрировано неделю спустя — 13 июля в бою у Коломбангры, когда адмирал Эйнсуорт, имея 3 легких крейсера и 10 эсминцев, в тех же самых водах столкнулся с контр-адмиралом Идзаки. Японская эскадра состояла из легкого крейсера "Дзинцу" и эсминцев "Микадзуки", "Юкикадзэ", "Хамакадзэ", "Киёнами" и "Югурэ". Они сопровождали 4 эсминца с войсками. Снова японская служба наблюдения оказалась лучше (теперь японцы могли засечь работу американских радаров), лучше были их торпеды, лучше была тактика. В бою погиб со всем экипажем ветеран "Токийского экспресса" "Дзинцу", но японцы торпедировали и потопили эсминец "Гуин" и повредили торпедами все 3 легких крейсера Эйнсуорта — "Линдер" (КНЗФ), "Сен Луи", "Гонолулу". Это показало, что японцы все еще могут успешно вести ночные бои, даже выполняя операции по переброске войск. Тем не менее, они не могли позволить себе терять столько кораблей, в то время как американцы могли с лихвой восполнить любые потери. Эти бои стали очередными звеньями в цепи пирровых побед японцев.