1942年10月26日聖克魯斯群島海戰後美日兩軍的航母部隊均遭沈重打擊，大多無力繼續作戰（美軍僅剩企業號航母帶傷勉強能夠上陣，日軍僅剩隼鷹號航母留在前線但飛行隊已破敗不堪）。日軍認為奪取瓜島的時機已到，準備在11月上旬運送第38師團1萬余人和大量輜重補給上島，11月下旬發起新壹輪總攻、徹底解決瓜島問題。但因美軍牢牢控制著瓜島亨德森機場，日艦在白天根本無法接近瓜島水域，夜間的“東京快車”由於驅逐艦運力有限不能滿足大部隊上島的需要，因此聯合艦隊計劃派出戰列艦趁夜炮擊瓜島機場，趁亨德森機場癱瘓之際由運輸船（大型運輸船速度慢，無法在壹夜之內完成卸載後立即逃出美軍制空圈，必然有壹段白天時間要暴露在瓜島附近水域，因此必須首先打垮機場）進抵瓜島卸載人員物資。相應地，美軍在破譯日軍情報後則不惜壹切代價保護機場不受日軍攻擊，同時也要掩護己方的增援部隊上島，從而爆發了11月12-15日的瓜島海戰。
壹、12-13日夜，第壹次夜戰（瓜島以北海戰）
11月12日，美軍增援船團抵達瓜島卸下6000多名援兵和大量補給，日軍以戰列艦“比睿”和“霧島”為核心的“挺身攻擊隊”也在阿部弘毅指揮下於當天沿所羅門群島的“槽海”南下，準備對亨德森機場實施炮擊。美偵察機發現日艦隊後，編隊指揮官特納決定運輸船立即撤離、留下巡洋艦驅逐艦對抗日軍。13日淩晨，在黑夜中突然遭遇的美日兩軍在瓜島以北海域（也即著名的“鐵底灣”）爆發混戰，在這場“海上拼刺刀”般的空前慘烈的血戰中美軍損失慘重——4艘驅逐艦、2艘防空巡洋艦沈沒，2艘重巡洋艦、2艘驅逐艦大破，包括卡拉漢和斯科特兩位少將指揮官在內1400多名官兵戰死。日軍的損失相對較小——2艘驅逐艦沈沒，1艘驅逐艦大破，但旗艦比睿號受重創癱瘓，在再打下去極有可能全殲殘余美艦的有利局勢下，被嚇破膽的阿部卻放棄了炮擊計劃、選擇掉頭撤退，美軍最終以巨大的犧牲保住了亨德森機場。
二、13日白天，企業號航母、瓜島仙人掌航空隊空襲比睿號
13日天亮後，美軍將夜戰中受重創的己方艦船逐壹拖回圖拉吉港修理，日艦則重返戰場試圖搶救己方旗艦比睿號戰列艦。然而令日軍意想不到的是，預見到瓜島可能出現危機，美軍早已將勉強恢復到作戰狀態的企業號航母隱蔽部署於瓜島以南海域待機。13日天亮後，企業號艦載機、瓜島仙人掌航空隊即開始對比睿號發動連續空襲，盡管日軍航空兵拼死掩護，比睿號最終還是無力回天，當日下午被迫自沈，成為日本在太平洋戰爭中損失的第壹艘戰列艦（以及美軍在太平洋戰爭中擊沈的第壹艘日本戰列艦）。
三、13-14日夜，外南洋部隊炮擊亨德森機場
得知挺身攻擊隊任務失敗後，山本指示薩沃島海戰的勝利者三川軍壹的外南洋部隊繼續執行炮擊亨德森機場任務，增援部隊暫緩壹天行動、待解決亨德森機場後再出發。三川編隊選擇了與眾不同的先往東直行再掉頭南下的路線，從而規避了美軍空中偵察，14日夜成功突入鐵底灣。由重巡洋艦“摩耶”和“鈴谷”對亨德森機場進行了壹個小時的猛烈炮擊，發射近千枚8英寸炮彈，隨後勝利返航。
然而三川的這次炮擊實則效果不大——美國海軍陸戰隊工程營夜以繼日奮力搶修，至14日白天奇跡般地基本恢復了機場的起降能力（當然這也與重巡洋艦的203mm艦炮威力有限、以及日軍用於炮擊的三式燒霰彈其實並不適合轟炸土質機場跑道有關）。
四、14日白天，企業號航母、瓜島仙人掌航空隊空襲外南洋部隊和運輸船團
誤以為三川已摧毀亨德森機場，山本命令由滿載第38師團兵員物資的11艘大型運輸船組成的增援群啟航駛向瓜島。然而14日天亮後，亨德森機場就逐步恢復了航空能力，日軍大禍臨頭了——14日上午，仙人掌航空隊追擊空襲北撤中的外南洋部隊，擊沈1艘重巡洋艦，另有多艘日艦受創，從而報了昨夜的壹箭之仇，三川部隊狼狽逃回布因基地。
14日午後開始，企業號艦載機、仙人掌航空隊以及聖埃斯皮裏圖島遠程轟炸機聯手對日軍增援船團進行猛烈空襲，擊沈11艘運輸船中的7艘，日軍負責空中掩護的少量零式戰鬥機完全無能為力，第38師團還未登島就損失慘重，所羅門群島間的“槽海”血水滔天、慘不忍睹。盡管如此，山本仍然嚴令負責增援群指揮官田中賴三不惜代價繼續駛向瓜島。
五、14-15日夜，第二次夜戰
鑒於三川的炮擊沒有奏效，聯合艦隊又派出以霧島號戰列艦為核心的炮擊編隊第三次準備進行炮擊。發現日軍出動戰列艦後，哈爾西不得不孤註壹擲，派出沒能趕上13日夜戰的華盛頓號和南達科他號2艘快速戰列艦全速北上攔截日軍。14-15日夜，雙方再度於鐵底灣爆發激戰，美軍損失3艘驅逐艦另南達科他號受損，但華盛頓號成功擊沈了霧島號戰列艦另1艘日本驅逐艦，成為自美西戰爭以來第壹艘擊沈了敵方戰列艦的美國戰列艦。華盛頓號幾乎是只身擊退了其余日艦的圍攻，迫使日軍撤退，使日軍炮擊瓜島機場的努力最終落空。
六、15日白天，最後粉碎日軍增援
15日夜，日軍最後4艘運輸船強行在瓜島西北海岸搶灘，田中深知大勢已去，率護航的驅逐艦立即返航以規避空襲。果然，15日天亮後，亨德森機場出動飛機將這4艘擱淺運輸船以及連夜卸載到灘頭的物資徹底擊毀，最終第38師團付出慘重代價，僅有約2000人和極少量物資得以上島，完全無助於瓜島戰局，日軍的增援計劃至此徹底失敗。歷時三天的空前慘烈的瓜島海戰以美軍的最終勝利告終。
瓜島海戰結束後，日軍由於人力物力的巨大損失，士氣壹蹶不振，聯合艦隊也喪失了在瓜島與美軍決戰的信心，山本決定不再派出主力艦支援瓜島，僅以驅逐艦和潛艇為島上日軍運送補給，導致瓜島日軍日益陷於饑餓。而美軍經此壹戰完全掌握了局勢，在瓜島的最終勝利只是時間問題了。