Пока эсминцы перестреливались линкоры никак не могли разобрать с отметками на экранах своих радаров. Так что, если Кондо хотел делением своих сил запутать противника, то это ему удалось. А на «Саут Дакоте» вообще вышибло предохранители электросети, и у линкора вышли из строя сразу поисковый и артиллерийский радары. Вера в них была настолько высока, что экипаж оказался близок к панике. К тому же от стрельбы собственных орудий загорелся самолет на кормовой катапульте. К счастью, дульные газы от следующего залпа, сделанного по находящему за кормой «Сендай», сбили самолет в воду.
Линкоры стали обходить тонувшие эсминцы: «Вашингтон» повернул влево, а «Саут Дакота» - вправо, совершенно потеряв из виду флагмана. Зато «Саут Дакота» был обнаружен кораблями Кимуры, которые в 2355 дали по нему 34-торпедный залп и сообщили Кондо о присутствии линкоров. В это время корабли Кондо ходили взад и вперед по другую от боя сторону острова Саво, чтобы дождаться окончания выяснения отношений между легкими силами. Во главе шли два эсминца, затем «Атаго», «Такао» и «Кирисима». Получив сообщение от Кимуры, Кондо развернулся и пошел на противника. «Саут Дакота» продолжал сближаться и с Кимурой и с Кондо. Но корабли первого, затеяв сложный поворот после выпуска торпед, потеряли противника из виду. Его заметили головные эсминцы Кондо и осветили прожекторами. Град снарядов с двух тяжелых крейсеров и линкора посыпался на «Саут Дакоту», который за 23 минуты с дистанции 25 кабельтовых получил около 42 попаданий, из которых по меньшей мере 16 203-мм снарядами типа 91. Повреждения оказались поверхностными и ограничились надстройками (39 убитых, 52 раненых). Но выход из строя радаров и систем управления огнем заставил американский линкор покинуть поле боя. Выпущенные по нему торпеды снова прошли мимо.
Тем временем радар «Вашингтона» наконец-то нащупал большую цель. Снова были сомнения: а не «Саут Дакота» ли это? Но их развеяли японцы, осветившие последнего - он оказался справа и сзади от «Вашингтона». Девять 406-мм орудий с дистанции всего 42 кабельтова открыли огонь по самой «жирной» цели - по «Кирисиме». Вспомогательная 127-мм батарея принялась за корабли, светящие прожекторами, а одно 127- мм орудие выстрелило осветительным снарядом. Из выпущенных 75 снарядов ГК 9 попали в цель, так же как и около 40 127-мм. За 7 минут «Кирисима» был выведен из строя, на нем начались сильные пожары, отказало рулевое управление. Адмирал Ли стал безуспешно вызывать второй линкор по радиотелефону, надеясь, что тот не затонул, а успел отойти. В 0025 Кондо приказал начать отход под прикрытием дымовой завесы. Ли не стал его преследовать, опасаясь торпедных атак, тем более, что несколько торпед уже взорвались в его кильватерной струе.
Бой закончился. Кондо отказался от бомбардировки и занялся оказанием помощи «Кирисиме», у которого кроме рулевого управления начались проблемы с турбинами. К линкору были посланы «Сендай» и 4 эсминца, но его командиру не захотелось повторять агонию однотипного «Хией» и он приказал оставить корабль. «Кирисима» затонул в 0320 15 ноября к NW от острова Саво. Также затонул и поврежденный эсминец «Аянами», а американцы к вечеру сами добили безнадежный «Бенхэм».
В этом трехдневном сражении, которое у японцев называется “Третьей битвой у Соломоновых островов”, Императорский флот потерял 2 линкора, тяжелый крейсер и 3 эсминца, а флот США 2 легких крейсера и 7 эсминцев. Хотя японцы по прежнему продемонстрировали своё превосходство в торпедной тактике и ночных боях, за эти три дня они допустили массу ошибок, что в результате и привело их к поражению. Они посылали свои достаточно мощные силы в бой по частям, оставляли уязвимые транспорты без прикрытия, держали авианосцы слишком далеко от района боев. За позорное руководство боем в ночь на 13 ноября, приведшее к потере «Хией», вице-адмирал Хироаке Абе и командир линкора капитан 1 ранга Нисида были отданы под суд и по его решению уволены со службы.