夜半、日米両艦隊は接触した。米艦隊司令官リー中将はレーダーによる遠距離射撃を目論んだが、山口中将はこれに対し、水上機によるチャフ散布を行い、電波妨害を行った。これにより、米軍のレーダーによる有利は崩れた。それどころか、水上機は同時に照明弾を投下し、米艦隊を映し出した。
　初弾を発砲したのは日本側で、長門・陸奥から発射された４０ｃｍ砲弾は、全弾近弾となって米軍に襲い掛かった。日ごろの訓練の成果を見せ付けた形となった。
一方、米戦艦３隻も相次いで発砲した。
　両艦隊とも第五斉射までは有効弾を得なかった。
　しかし、長門の第五斉射が２発ノースカロライナに命中。後部のカタパルトと左舷の高角砲３基を吹き飛ばした。さらに、陸奥もウエスト・バージニアの２番砲塔に命中弾をだし、これを全壊させた。
　この瞬間、日本側の水兵の多くは勝ったと思った。しかし、神は公平な判断をした。米艦隊の砲弾も有効弾を出した。しかも、米軍は２番艦の陸奥に集中射撃を行った。結果、陸奥は９発の直撃弾を喰らい戦闘不能となった。
　こうして、長門は３対１に追い込まれた。しかし、この後米戦艦は有効弾を出せなくなった。水柱がどの艦の物か判別できなくなったからだ。
　一方、中小艦艇同士の戦いは、日本側有利で進み、日本側は駆逐艦暁が沈没したのみに対し米軍は重巡サンフランシスコ、軽巡ジュノーと駆逐艦３隻が既に沈んでいた。
　そして、防衛陣を突破した軽巡由良がウエスト・バージニアに肉薄し、魚雷４本を命中させた。由良は副砲による反撃を受け爆沈したが、ウエスト・バージニアも２０分後に沈没した。
　戦いは混戦になったが、天は日本側に味方した。
　長門の砲弾がワシントンを捉えた。この内一発がワシントンの二番砲塔のターレットを歪ませ、さらに一発が３番砲塔の砲身をなぎ払った。
　これにより、リー中将はワシントンを戦域離脱させようとした。しかし、操舵を誤って座礁してしまい。そこを重巡足柄と軽巡長良に捕まり、結局ワシントンは拿捕、リー中将は捕虜となった。
　残ったノースカロライナは脱出し帰還したが、最終的にガダルカナル防衛は失敗した。
　こうして、艦隊が消えたガダルカナル島に上陸艦隊が接近し、米軍飛行場と陣地に三式弾を雨、霰とばかりに打ち込み、その機能を奪い去り、そこへ６０００名からなる海上機動旅団が航空支援の下上陸し、ついにガダルカナルは陥落した。
　米軍２万の内、２千が戦死し、１万８千は翌日夜半撤退した。
　こうして、日本は勝利した。しかし、陸奥は結局沈没し、長門も中破するという無視できない損害も負ったのも事実であった。