10月24日，罗斯福总统指示参谋长联席会议尽最大努力向瓜岛运送物资和人员。在总统的亲自过问下，美军除向瓜岛调派最新式巡洋舰、驱逐舰和潜艇外，还从夏威夷和澳大利亚抽调飞机、舰艇，加强南太平洋部队。哈尔西也将一切可以动员起来的运输工具都用于瓜岛，全力运送弹药、燃料、食品。
10月30日，被士兵们戏称为“长臂汤姆”的155毫米榴弹炮运上了瓜岛。这是范德格里夫特急需的火炮，它无论是在射程上还是在射击效果上都胜过日军的150毫米火炮。
日军大本营认为圣克鲁斯海战后，战局正向有利于日军的方面发展，只需进一步加强瓜岛的力量，就可取得最后胜利。遂决定将驻东印度群岛的独立混成第21旅团调往拉包尔，归第17军建制，还抽调在中国战场的第51师团，投入南太平洋战场，并尽快运送瓜岛所需的作战物资。
10月27日，日本大本营陆军部作战科科长服部卓四郎和主任参谋近藤传八登上瓜岛，协助百武制定作战计划，组织第三次总攻。计划在11月上旬将第38师团主力送上瓜岛，12月上旬将第51师团送上瓜岛，再集中相当数量的重炮和充足的弹药，于12月中下旬发起第三次总攻。届时，还将以第6师团一个最精锐的步兵团搭乘装甲运输舰实施敌前登陆，配合作战。
但是，这并没有改变瓜岛日军的艰难处境。在圣克鲁斯海战中，日军有两艘航母受伤，不得不回国修理，而且舰载机损失惨重，一时也无法补充。而南太平洋地区的岸基航空兵也在战斗中受到了很大损失，加上缺乏前进基地，必须从拉包尔起飞。受航程限制，从拉包尔起飞的飞机只能在瓜岛上空停留15分钟，不能对瓜岛美军机场实施有效的压制，因而根本无法取得瓜岛的制空权，也就无法组织大规模的运输，利用驱逐舰进行的夜间运输只能是杯水车薪。
日军在丛林中饱受折磨。瓜岛的“瓜”在日语读音中与饥饿相近，日军便将瓜岛称为“饥饿岛”。由于瓜岛之战的伤亡巨大，而且双方反复开战，看不到结束的迹象，还有人因此把瓜岛叫做“无底洞”。从这些称呼中，可见日军的士气之低落。
在随后美军发起的反击战中，日军因为连日激战，伤亡惨重，而且补给缺乏，疾病缠身，无力抗击美军的攻势，被迫退人丛林。11月1日，反击的美军渡过了马塔尼科河。一路上遭到的抵抗微乎其微，一直到克鲁斯角，日军才凭借着复杂的地形进行了顽强的防御。美军在强大炮火支援下，经过激战终于占领了日军阵地。
11月2日至10日，日军先后出动驱逐舰65艘次、巡洋舰2艘次向瓜岛运送部队和给养。但因军舰的载重量有限，运送的人员物资很有限，而且无法运送重装备，难以组织计划中的第三次总攻。
11月7日，美军驻瓜岛“仙人掌”航空队攻击了停留在“槽海”里准备晚上进行运输的日军11艘驱逐舰，接着图拉吉岛的鱼雷艇也加入攻击，进一步破坏日军的运输。
11月8日，哈尔西亲自飞抵瓜岛，作短暂视察，以鼓舞士气。哈尔西在岛上进行的记者招待会上发表了著名的打赢战争的方案——“消灭日本鬼子！消灭日本鬼子！不断消灭日本鬼子！”这一方案立即就成为报纸的头条新闻。
哈尔西刚回到努美阿的司令部，就得到了珍珠港海军特别情报小组的报告，他们成功破译了日军新密码，掌握了日军的作战计划：11月11日空袭瓜岛机场，12日晚水面舰艇炮击瓜岛机场，13日出动航母编队，掩护大批地面部队在瓜场登陆。结合空中侦察和其他途径的侦察结果，也发现日军在特鲁克、拉包尔和肖特兰岛地区调动频繁，看来一场大战迫在眉睫。
为了阻止日军可能的登陆，范德格里夫特指挥部队继续推进。11月10日，在猛烈炮火支援下，对日军的滩头阵地发起钳形攻势。经过激战后，除小部日军逃入丛林外，大部被歼，美军夺取了对其具有较大威胁的利科滩头阵地，并将日军在滩头囤积的物资尽数摧毁。
为了全力向瓜岛运送部队、装备和物资，哈尔西组织了一支运输船队，运送约6000人的陆军和海军陆战队部队以及急需的重装备。这支船队分为两部分，A编队由斯科特少将指挥，编有3艘登陆运输舰，由1艘巡洋舰和4艘驱逐舰护航，于11月9日从圣埃斯皮里图岛出发，计划于11日到达瓜岛；B编队由卡拉汉少将指挥，编有4艘运输舰，由4艘巡洋舰和8艘驱逐舰护航，11月8日从努美阿起航，计划于12日到达瓜岛。
至11月10日，日军在瓜岛上的部队已达3万人。但是，即将开始的总攻迫切需要运送大批部队和重装备，单靠驱逐舰的夜间运输是远远不够的。日军决定组织一支大型运输船队，将第38师团的1.35万人和重装备送上瓜岛。这支船队由11艘快速运输舰和12艘驱逐舰组成，由经验丰富的田中赖三少将指挥，12日从肖特兰岛出发，计划14日抵达瓜岛。为确保这支船队的安全，日本联合舰队出动航母2艘、战列舰4艘。巡洋舰12艘和驱逐舰36艘，为第38师团提供掩护与支援，并将于12日、13日夜间对瓜岛亨德森机场进行大规模炮击。
得知日军联合舰队将大举出动，哈尔西命令金凯德指挥第16特混编队、李率领第64特混编队全部开往瓜岛，并命令驻圣埃斯皮里图岛的岸基航空兵和在所罗门群岛活动的双艘潜艇，积极支援水面舰艇的行动。
日军为压制美军的岸基航空兵，保障增援编队安全抵达瓜岛，计划先出动炮击编队炮击亨德森机场。这一任务由阿部弘毅中将指挥的第一炮击编队承担，共有2艘战列舰、1艘巡洋舰和14艘驱逐舰。此时的航行队列是：“比睿”号、“雾岛”号战列舰以单纵列鱼贯而行，“长良”号巡洋舰和“雪风”、“天津风”、“照月”、“晓”、“电”、“雷”6艘驱逐舰在战列舰前方排成半圆形警戒圈，在警戒圈前方“朝云”、“时雨”、“五月雨”号驱逐舰为左前卫，“夕立”、“春雨”号驱逐舰为右前卫，以防备美军鱼雷艇可能的攻击。还有3艘驱逐舰则在萨沃岛以西巡逻警戒。
11月12日23时30分，美装备新型雷达的“海伦纳”号巡洋舰发现了远在14海里外的日军舰队，并向旗舰报告。但担任指挥的卡拉汉将军没有利用这一机会先敌攻击，而是指挥美舰进行了两次右转。此时，最前面的“库欣”号驱逐舰突然发现日军舰队就在3000米外，立即转舵以抢占发射鱼雷的有利位置。这样一来，后面的3艘驱逐舰为了避免碰撞，只好跟着急转，居中的巡洋舰则迅速左转以避开急转的驱逐舰，美军舰艇之间的距离迅速缩小，队形也紊乱起来。
卡拉汉所在的旗舰“旧金山”号因雷达性能欠佳，需要依靠装备新型雷达的友舰来报告敌情，而听取报告和向各舰下达命令必须使用同一部报话机，造成了不必要的延误。“库欣”号发现目标即请求允许其实施鱼雷攻击，但“库欣”号收到同意攻击的答复时，却已经找不到准备攻击的目标了。
就在这时，日军也发现了美舰。因为没有料到会在夜间遭遇，一时倒也把日军给弄了个措手不及。阿部弘毅立即下令将原准备射击机场的高爆弹和燃烧弹换成攻击军舰的穿甲弹，日军的运弹手动作极快，在短短10分钟里就完成了换弹工作，作好了攻击美舰的准备。
23时50分，美军编队与日军编队混杂在一起，日舰“比睿”号打开了探照灯，正照在美军巡洋舰队列的第一舰“亚特兰大”号上。在“亚特兰大”号上指挥的斯科特见此情况对自己非常不利，不等卡拉汉的命令就马上下令：“开火！反照射！”说时迟那时快，日军的第一批炮弹已经准确地击中了“亚特兰大”号的舰桥，正在舰桥上指挥作战的斯科特和他的参谋人员，除一人外全部丧生。
随着“亚特兰大”号的开火，其余美舰也开始射击。一时间，炮声四起，双方你来我往，炮弹纷飞，鱼雷翻腾，火光硝烟弥漫，队形全被打乱。卡拉汉见左右都有敌舰，就下令：“奇数舰向右射击，偶数舰向左射击。”这个命令看上去既对付了左面之敌，又打击了右面之敌，实际上有的美舰忙于在指定射击的一侧寻找目标，却遭到另一侧日舰的猛烈攻击，顿时陷入混乱。
日军驱逐舰趁此时机，发动鱼雷攻击，已经受伤的“亚特兰大”连中两条鱼雷，很快沉没。“库欣”号上前救助，却被“比睿”号发现，随即就遭到了猛烈射击。“库欣”号连射六条鱼雷，因日舰躲避迅速无一命中，自己却被日舰重炮击中弹药舱，引起爆炸而沉没。
“库欣”号后面的“拉菲”号驱逐舰几乎与“比睿”号撞在一起。“拉菲”号立即发射鱼雷，但因距离太近，保险装置还来不及打开，致使鱼雷击中了“比睿”号却没爆炸。“拉菲”号随即又以20毫米机关炮扫射“比睿”号，“比睿”号还以颜色，用356毫米主炮猛轰，“拉菲”号连中两弹，上层建筑几乎被炸飞，后来又被两条鱼雷击中而沉没。
美军第三艘驱逐舰“斯特雷特”号遵循卡拉汉的命令向右面射击，和“比睿”号展开炮战，自身连连中弹，舵机、雷达均被打坏，仍坚持战斗，冲到距“比睿”号2000米处发射4条鱼雷，可惜无一命中。第四艘驱逐舰“奥邦农”号正向1200米外的“比睿”号猛烈开炮，接到卡拉汉不要射击友舰的指示后，以为自己是在误击友舰，便停止了射击。等到分辨清楚后，在恢复射击同时发射2条鱼雷，也没命中。
在混战中，卡拉汉的旗舰“旧金山”号曾向数艘日舰射击，有多发命中。他认为其中可能有误击友舰，就下令不要射击友舰，并且要求瞄准大舰攻击。不久，“旧金山”号遭到日军“雾岛”号战列舰的舰炮射击，被击成重伤，舵机失灵，无法控制。日军的一艘驱逐舰从其左舷擦过，就在两舰交错之际，日舰乘机以机关炮扫射其上层建筑，在舰桥指挥战斗的卡拉汉和舰长等军官全部被扫倒，无一幸免。
在“旧金山”号后面的“波特兰”号巡洋舰先同右侧的日舰炮战，后又转向北进与另一艘日舰对射。在混战中被鱼雷击中舰尾，舵机被毁，失去航行能力，在原地直打转，但仍在坚持战斗，向“比睿”号连连开炮，最后于次日被拖回图拉吉岛。
“海伦纳”号装备了新型雷达，对战场形势比较清楚，没有误击友舰。在混战中对日舰进行了猛烈射击，当日舰撤退时还以炮火延伸射击，进行火力追击。
美军最后一艘巡洋舰“朱诺”号在战斗中被鱼雷击中锅炉舱，失去战斗力。只得退出战斗。
美军殿后的4艘驱逐舰也迅速上前，投入战斗。“艾伦沃德”号向打开识别灯的日军“夕立”号驱逐舰猛烈开炮，双方展开激战，最终将“夕立”号击沉，自己也被击中数弹，受了轻伤。“巴顿”号向日舰连射4条鱼雷，自己也被日军一条鱼雷击中舰体中部，几乎被炸成两半，很快下沉。“蒙森”号向右面的日舰一口气射出10条鱼雷，将日军“晓”号驱逐舰击沉，但该舰鲁莽地打开探照灯准备寻找其他目标，却反而暴露了自己，遭到日舰的密集射击，先后被37发炮弹击中，其中3发还是356毫米的重炮炮弹，伤势很重，于次日沉没。“弗莱彻”号驱逐舰装备了新型雷达，能够清楚辨别目标，在战斗中先向日舰射击，当友舰也随之向该敌射击时，它就向其他日舰转移火力，再为友舰指示目标，起到了引导作用。也是这场海战中美军惟一未有任何损伤的军舰。
这是一场如同陆地上白刃肉搏般的近战，历时仅24分钟，美军损失惨重。日军也付出了不小的代价，驱逐舰“夕立”号、“晓”号被击沉，“长良”号巡洋舰和“雷”、“雪风”、“天津风”号驱逐舰都有不同程度的损伤，旗舰“比睿”号战列舰在战斗中成为美军集中打击的重点目标，中弹50余发，基本失去了战斗力。
阿部对这样混乱的夜战感到心中无底，又害怕继续深入会遭到图拉吉岛美军鱼雷艇的偷袭，于是决定放弃炮击机场的计划，率部撤退。
由于“比睿”号伤势越来越重，只好于13日凌晨改以“雪风”号驱逐舰为旗舰，指挥余部向北撤退。山本指示以“雾岛”号拖带“比睿”号返航，但阿部认为白天返航美军飞机必会蜂拥而来，“雾岛”不仅不能将“比睿”号带回，而且很可能会白白陪葬，所以他没有执行山本的命令，只留下“长良”号巡洋舰在“比睿”号旁边保护，其余舰只全速返航。
果然不出所料，天亮后，美军“企业”号的舰载俯冲轰炸机、瓜岛上的“仙人掌”航空队的轰炸机和圣埃斯皮里图岛的B-17轰炸机一波接一波飞来。“比睿”号连中数弹，眼看无法返航了，阿部于16时下令将舰上的天皇照片转移到“夕立”号，然后下令凿沉。
美军方面，受伤较轻的“海伦纳”号带着受伤较重的“朱诺”和“旧金山”号巡洋舰在3艘驱浑舰的护卫下，向圣埃斯皮里图岛撤退。
但是，“朱诺”号的运气与“比睿”号相比也好不到哪里。13日11时许，“朱诺”号刚驶出英迪斯彭塞布尔海峡，就遭到了日军伊-26号潜艇的攻击，被一条鱼雷击中，引起了大爆炸，就像是火山喷发那样烈焰浓烟冲天而起。其他舰只害怕再遭攻击，不敢停留救助，加速南撤。“朱诺”号上700多官兵除少数人侥幸获救外，大多数人都葬身鱼腹，其中包括依阿华州滑铁卢镇托马斯·沙利文夫妇的5个儿子。美国海军为了避免再次发生这样的惨剧，事后特意颁布条令，规定同一家族的直系亲属不得在同一艘军舰上服役。
在这场海战中，虽然美军损失惨重，2艘巡洋舰和4艘驱逐舰被击沉，2艘巡洋舰和2艘驱逐舰击伤，包括卡拉汉和斯科特两将军在内的近千人阵亡。但是应该看到，尽管美军付出了极大的代价，却阻止了日军战列舰对瓜岛机场的炮击，并由此迫使日军的增援编队中途折返，为以后的作战创造了有利的条件。
由于12日阿部编队未能按计划炮击瓜岛机场，山本命令田中增援编队返航。为保障增援编队的返航安全，山本又决定组织第二次炮击机场的行动，由第8舰队司令三川指挥4艘重巡洋舰、2艘轻巡洋舰和6艘驱逐舰组成第2炮击编队。
三川所部自11月9日起已经连续3天进行了对岸射击训练，接到命令后就于13日4时30分从肖特兰岛出发。为避开美军的空中侦察，特地绕道希瓦泽尔岛和圣依萨贝尔岛以北，于午夜时分抵达萨沃岛海域。三川将所部12艘军舰分为两队，以第7战队司令西村指挥2艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰和4艘驱逐舰组成炮击分队，直扑瓜岛。三川则指挥余下的2艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰和2艘驱逐舰组成主力分队，在萨沃岛以西警戒，掩护炮击分队的行动。
23时30分，炮击分队驶抵瓜岛的隆格角海域。重巡洋舰上的舰载水上飞机起飞，在机场上空投下照明弹，并为军舰提供目标指引和弹着校正，日舰随即开始炮击。“铃谷”号重巡洋舰发射203毫米炮弹504发，“摩耶”号重巡洋舰发射203毫米炮弹485发，两舰共发射989发，击毁美军轰炸机1架、战斗机17架，击伤战斗机32架，并将跑道炸得弹痕累累。
日军的炮击分队在进行了30分钟炮击后立即撤回，14日拂晓与主力分队在新乔治亚岛以南海域会合，再一起返回肖特兰岛。
此前，奉命返航的田中增援编队已经于13日11时回到了肖特兰岛。但是，为了能在14日夜间将部队和物资运上瓜岛，赶上即将开始的总攻，增援编队又于13日15时30分再次出航。在途中得知三川对瓜岛机场实施了炮击，田中认为美军不可能马上出动飞机前来攻击，就加速南下。直到14日5时许，在新乔治亚岛以东增援编队才被美军的侦察机发现。
美军原以为经过12日夜间惨烈的海战已经阻止了日军的攻势，但13日夜间亨德森机场再次遭到炮击，14日早晨又发现日军的增援编队，可见日军对于瓜岛是志在必得。美军高层对此极为震惊，有的甚至提出是否放弃瓜岛。最后，罗斯福总统拍板决定要坚持到底，哈尔西也认为必须打下去。
经过美海军修建大队的通宵努力工作，跑道上的弹坑基本被填平，黎明前瓜岛机场又可以起飞飞机了。从14日5时55分起，直到下午15时30分的10个小时中，美军“企业”号航母的舰载机和瓜岛、圣埃斯皮里图岛的岸基航空兵先后对返航途中的三川炮击编队发动了多次空袭，炸沉“衣笠”号重巡洋舰，炸伤“鸟海”号、“摩耶”号重巡洋舰和“五十铃”号轻巡洋舰，报了昨夜的一箭之仇。
接着，美军飞机全力收拾日军的田中增援编队，连续发动了8轮攻击，将田中增援编队中的11艘运输船炸沉了6艘，还有1艘因重伤而返航。在日本海军中有着“顽强者”之称的田中，指挥护航的驱逐舰一面竭尽全力抗击美军的空袭，一面迅速抢救落水的官兵。据不完全统计，仅6艘驱逐舰救起的陆军官兵就达4800余人。田中不负“顽强者”的称号，继续冒着猛烈的空袭向瓜岛前进。
日落后，美军又出动了3架轰炸机对增援编队进行夜袭，迫使日军中止了增援行动。夜幕降临后，田中指挥编队乘着美军飞机不能组织大规模夜间空袭的机会，向瓜岛前进。
15日2时许，日军增援编队的4艘运输船终于到达瓜岛的塔萨格海滩，立即开始卸载。田中率领驱逐舰于2时30分开始撤离，以免天亮后被美军飞机发现。
可是，天亮时驱逐舰虽然撤离了，但运输船尚未走远，美军“仙人掌”航空队果然将这4艘毫无保护的运输船——击沉，并用燃烧弹将刚卸到海滩上的物资——260箱弹药和1500袋大米尽数焚毁。日军煞费苦心的增援计划又告失败。
此前，山本命令正在南太平洋活动的联合舰队之前进部队抽调兵力，再次组织对瓜岛机场的炮击。前进部队司令近藤信竹中将从各地调集了1艘战列舰、4艘巡洋舰和9艘驱逐舰，于14日在瓜岛以北250海里会合，然后南下，准备于14日晚22时实施对瓜岛亨德森机场的炮击。
近藤将所部的14艘军舰分为3个分队：桥本少将指挥1艘轻巡洋舰和3艘驱逐舰组成桥本分队，负责远距离警戒；木村少将指挥1艘轻巡洋舰和6艘驱逐舰组成木村分队，负责直接掩护；近藤以“受宕”号重巡洋舰为旗舰，亲自指挥余下的1艘战列舰和2艘重巡洋舰为本队，担任炮击任务。
14时许，近行至圣伊萨贝尔岛以北时，收到侦察机报告，在瓜岛以南发现美军巡洋舰4艘和驱逐舰2艘组成的舰队。近藤认为美军主力舰夜间是不敢进入瓜岛海域的，最多派巡洋舰和驱逐舰进行袭扰。所以决定如果遭遇敌舰，先将其歼灭，再执行炮击任务。19时许，近藤舰队各分队都已进入了萨沃岛以北海域。
实际上被日军侦察机发现的美军舰队是李少将指挥的第64特混编队，兵力编成是2艘战列舰和4艘驱逐舰。他们原本是奉哈尔西的命令前来拦截三川的炮击编队，因为距离太远而没及时赶到。
黄昏时分，李接到敌情通报。日军战列舰编队16时已进入瓜岛以北150海里处，并继续向瓜岛驶来。李被认为是美国海军最聪明的智囊，而且是雷达专家，他认为要确保瓜岛机场，必须全力阻击来犯之敌。他深知这必是一场艰苦异常的战斗，因此制定了比较审慎的作战方案：为了避免像12日夜间那样的混战，使战列舰具有更广阔的回旋余地，计划在埃斯佩兰斯角附近比较开阔的海域展开战斗。
天黑后，李就率领他的舰队驶过铁底湾，前往埃斯佩兰斯角。当军舰通过铁底湾时，通过磁性罗盘的指针不停乱摆，可判断出海底有大量沉没的军舰。这似乎意味着这里就是敌舰的葬身之处，敌人就要失败了。此时，瓜岛上吹来的阵阵凉风也不再像过去那样弥漫着热带植物腐烂所产生的令人作呕的恶臭，而是散发着金银花的香味——这可是从来没有过的，所以军舰上的很多人都认为这是一种吉兆——胜利在望的预兆。
当美舰队从萨沃岛北水道进入铁底湾时，被日军桥本分队发现，日军便从后追赶。李少将推算日军将在23时左右到来，就率领美舰队绕着萨沃岛巡逻，严阵以待。当从萨沃岛东南转向西面航行时，李少将的旗舰“华盛顿”号的雷达发现了日军桥本分队，李随即下令向西转舵，横在日军的航线上，作好迎战准备。桥本分队分两路发起了攻击，一路是“川”号轻巡洋舰和“敷波”号驱逐舰，从萨沃岛东面进攻；另一路是“绫波”号驱逐舰，从萨沃岛西面发动偷袭。
日军还以为美军舰队不过是巡洋舰和驱逐舰组成的，“川内”号自不量力向美舰逼近，直到美军战舰列的重炮的炮弹落在日舰旁边掀起巨大的水柱，桥本这才意识到美军根本不是巡洋舰，而是强大的战列舰。桥本一面向近藤报告，一面下令施放烟幕，带着3艘日舰急速撤退。而走在后面的“绫波”号就没那么幸运了，美军通过雷达早已发现了它的行动，迅速转移火力，对它进行集中射击，“绫波”号接连中弹，引起两次爆炸后沉没。
这时，日军木村编队的5艘军舰也从萨沃岛西侧驶来。这5艘日舰紧靠着萨沃岛航行，巧妙隐蔽在萨沃岛的雷达回波中，没被美军雷达及时发现。接近美舰时突然开火，并发射鱼雷。美军前卫的4艘驱逐舰被打了个措手不及，还来不及做出反应，“沃尔克”号和“普雷斯顿”号就被击沉，“格温”号和“本哈姆”号则受到重创，失去战斗力。在驱逐舰后面的战列舰“华盛顿”号向左转向，“南达科他”号向右转向，以避开前面失去控制的驱逐舰。这就使美军的2艘战列舰在无奈中分散开，陷入各自为战的被动局面。
原本近藤以为桥本和木村两支分队对付美军的巡洋舰和驱逐舰编队是绰绰有余的，所以自己率领本队和另外2艘驱逐舰在萨沃岛西北巡航，全力准备炮击机场而并不是投入眼前的海战。但当他得到发现美军战列舰的报告后，急忙赶来参战。他抓住“南达科他”号电路发生故障、炮塔失去动力的机会，全力开火，把“南达科他”的上层建筑打得面目全非，不得不向西南撤退。
这样，李就剩下了旗舰“华盛顿”号一艘军舰。尽管以寡敌众，但李毫不畏惧，凭借着性能优异的雷达，“华盛顿”号准确测定了日舰的位置。随即在雷达指引下实施了精确射击，日军“雾岛”号战列舰在短短7分钟里就被击中9发重炮炮弹和40发127毫米炮弹，船舱多处起火，舵机失灵，很快丧失了战斗力。
“华盛顿”号在以全部406毫米主炮和部分127毫米副炮轰击“雾岛”号的同时，还以部分127毫米副炮轰击其他日舰，日军重巡洋舰“爱宕”号和“高雄”号都被击伤。为了把“南达科他”号附近的日舰引开，李指挥“华盛顿”号先向西北航行。近藤见美舰炮火非常凶猛难以取得胜利，不得不放弃炮击机场的计划，于15日凌晨3时下令施放烟幕退出战斗。“雾岛”因为舵机失灵，无法跟随近藤撤退，又担心天亮后遭到美军飞机的攻击，就在15日凌晨打开海底阀自沉。日军的“朝云”号驱逐舰也因伤势太重而沉没。
至此，断断续续进行了3天的海战才告结束。
在这场持续三天的激烈海战中，美军共沉重巡洋舰2艘。驱逐舰6艘，伤战列舰1艘、巡洋舰2艘、驱逐舰4艘，顺利向瓜岛运上6000人的部队以及重装备和给养。日军沉战列舰2艘、重巡洋舰1艘、驱逐舰4艘、运输船10艘，重创运输船1艘，伤巡洋舰6艘、驱逐舰3艘，计划运送的1.35万人和1万吨物资仅有2000人和5吨物资运上瓜岛。
这是双方争夺瓜岛过程中一次决定性的海战，双方主要目的都是向瓜岛运送援兵和物资，并阻止对方的增援。在海战中，美军的运输比较顺利完成了，日军不仅付出了很大代价，而且所运输人员的85%和物资的99%都损失了，增援企图再次落空。而且通过这次海战，美军获得了瓜岛海域的制海权，加上瓜岛地区的制空权早已为美军所掌握，而日军的联合舰队又在海战中损失巨大，山本认为元气大伤的海军再也无法承受以如此巨大的代价去支援陆军的作战了。从此以后，山本不再派巡洋舰以上的水面舰只前往瓜岛，只使用驱逐舰利用夜间运送小量人员与物资，从而加剧了瓜岛上日军的困难处境。
美军则正好相反，在海战结束的第二天，即11月16日又将原在新几内亚的一批部队送上瓜岛，大大加强了瓜岛美军的力量，范德格里夫特认为胜利已经在握了！
瓜岛海战是一个决定性的转折。对美军来说，这次海战，是通往胜利的起点。
就在这同一时期，11月3日，在非洲战场，德国非洲军团溃退；11月8日，美国军队进入摩洛哥；11月13日，苏军收复托布鲁克；11月19日，苏军把德军从斯大林格勒最后一个街区赶了出去。
11月17日，美国罗斯福总统在纽约宣布：“在过去的两周，捷报频传，这次战争的转折点终于来到了。”
哈尔西将军在谈到瓜岛激战的意义时说：11月15日凌晨，日本海军以失败而告终。在这以前，是美国跟着日本的意图挺进，在此以后，他们只能跟随我们的指挥棒撤退了。