下午3时15分，6架日本鱼雷机又对“大黄蜂”号展开进攻。当时，“诺思安普敦”号巡洋舰正拖着“大黄蜂”号在海面缓缓行进，向南撤退。发现敌机以后，“诺思安普敦”号立即砍断绳索，转舵闪避鱼雷。在日军一连串的鱼雷攻击下，“大黄蜂”号终于在10月27日凌晨1时35分长眠海底。
“大黄蜂”号沉没后，日军向北后撤，计划第二天再战。但是，10月27日凌晨2时，日本舰队连续遭到美国水上飞机的两次鱼雷攻击。近藤不敢久留，下令舰队开到恩德尼岛以北300海里水域。在那里，他接到山本五十六的命令，全舰队撤回特鲁克岛。
金凯德率领的美国舰队在南撤途中也胆战心惊。这里的日本潜艇活动频繁。为了躲避攻击，战列舰“南达科他”号竟然与驱逐舰“马罕”号撞在一起。战列舰“华盛顿”号也两次遭到日本潜艇的攻击。哈尔西闻讯，急令鸣金收兵。
至此，圣克鲁斯海空大战结束，这是美日双方继珊瑚海大战、中途岛海战、东所罗门海战之后，第四次航空母舰之间的大规模海空厮杀。美军在战术上遭到严重挫折，1艘航空母舰和1艘驱逐舰被日本人击沉。但是，从战略上来看，这次海战是美军的又一胜利。首先，粉碎了日陆海军联合攻占瓜岛的企图。其次，使山本大将用一次舰队决战而歼灭美军舰队的梦想化成了泡影。日军为此付出的代价是昂贵的：2艘航空母舰、1艘巡洋舰遭受重创，损失飞机近100架。由于日本的生产能力有限，这些损失使其元气大伤。特别是那些训练有素、经验丰富、飞行一流的飞行员，大都瞑目大海，更是短期内无法弥补的损失。为此，山本五十六捶胸顿足，痛心疾首。南云忠一在这次海战中虽然没有沉掉航空母舰，但还是因指挥不力被撤职。这位日本海军“悍将”就此走向下坡路，后来在塞班岛兵败自杀。
在亨德森机场，美海军陆战队和陆军士兵们一次又一次地打退了日军的进攻，牢牢地控制住机场，并使日军伤亡人数10倍于美军。
日本人为夺取瓜岛，更加紧了夜间“东京快车”的行动。不久，他们在瓜岛的兵力超过了美军。但日军最高指挥部仍对增援的速度不满意。他们决定由护航舰队一次把肖特兰群岛基地的增援部队全部运至瓜岛。11月12日黄昏，由田中率领的一支包括11艘运输船和11艘驱逐舰组成的增援群满载着日本士兵离开了肖特兰岛，并计划于14日夜驶进瓜岛。另外，包括“比睿”号和“雾岛”号战列舰在内的一支炮击编队，在阿部中将的指挥下，于当天深夜从特鲁克岛赶来，企图对亨德森机场实施夜间炮击。阿部认为，日落以后，美国舰队肯定已经撤走，便依恃兵力强大，放心大胆地开向“铁底湾”。
同一天，美海军少将特纳奉命率舰队将6000多名陆军和海军陆战队援兵送上了瓜岛。傍晚，特纳的护航舰队向东南回撤时，巡逻飞机报告，日本炮击舰队正在接近瓜岛。于是，特纳从护航舰队中抽出5艘巡洋舰和8艘驱逐舰，在海军少将卡拉汉的指挥下，重返“铁底湾”。此时，为第一批增援船队护航的斯考特舰队也由卡拉汉指挥。卡拉汉把两支舰队的13艘军舰排成一字长蛇阵。前面是4艘驱逐舰“库欣”号、“拉菲”号、“斯特雷特”号、“奥巴朗”号；中间是5艘巡洋舰“阿特兰大”号、“旧金山”号、“波特兰”号、“海伦娜”号、“朱诺”号；后面是4艘驱逐舰“艾伦沃德”号、“巴顿”号、“蒙森”号、“弗列彻”号。这种队形的好处是利用前卫雷达及早发现敌舰，然后转向迅速形成“T”字形阵列。由此掀开了瓜岛海战的序幕。
11月13日凌晨1时30分，美国巡洋舰“海伦娜”号的雷达首先发现敌舰。11分钟以后，美国舰队的前卫“库欣”号驱逐舰突然发现2艘日本驱逐舰，在前方由左向右行进，距离只有2700米。“库欣”号立即通报敌情，随后各舰急速左转，准备发射鱼雷。此时，由于日舰没有装备雷达，阿部对逼近的美舰毫无察觉。1分钟以后，一架外号叫做“路易虱子”的日本飞机在亨德森机场上空投下一颗照明弹，阿部舰队排成三列。当日军正准备向机场开炮时，突然瞭望哨发现了正前方的美国舰队，阿部闻讯后大惊失色。因为他的战列舰甲板上堆满了轰击瓜岛机场所用的高爆炸弹。如果一颗美国炮弹落下来，就会把整个军舰炸毁。
卡拉汉不失时机地率领舰队冲入日舰队阵列之中，准备给日本人以毁灭性的打击。因为美舰在突然性方面占据优势，只要大炮一开火，鱼雷一发射，日舰就会遭到厄运。这时的阿部，正下令全部火炮换上穿甲弹，日本水兵就像在中途岛时那样，疯狂地工作，甲板上乱作一团。遗憾的是，就在这千钧一发之际，美舰之间的通讯陷入混乱，当各舰终于收到卡拉汉下达的射击命令时，时间已经整整过去了8分钟，阿部就是在这8分钟之内匆匆作好了迎战准备。天赐的奇袭良机瞬间化为乌有。
1时50分，美舰开始射击。夜色沉沉的海峡中展开了一场钢铁巨舰之间惊心动魄的混战。在这场混战之中，美“库欣”号、“巴顿”号和“拉菲”号被击沉，“波特兰”号巡洋舰身负重伤，“阿特兰大”号、“旧金山”号失去战斗力。卡拉汉将军、斯考特将军在战斗中阵亡。
日本人在这场近距离的恶战中也有很大损失。“比睿”号中弹50多发，舵机和通讯系统损坏，失去了射击能力。驱逐舰“晓”号和“夕立”号被击沉，其余各舰都有不同程度的损伤。但是，日本人真正的损失并不在此。由于“比睿”号在战斗一开始就成为美舰的主要目标，炮弹接二连三猛打过来，使一开始因突然与美舰遭遇而胆战心惊的阿部变得神经极度紧张，对战局的发展也不甚清楚。交战10分钟以后，他竟然匆忙下令“比睿”号和“雾岛”号向北撤退，放弃了炮击亨德森机场的计划。这是一个极大的失策：山本五十六的作战计划，在刚刚实施就因部下的失误而遭到严重挫折。山本五十六听到阿部败退的消息以后，怒不可遏。12月21日，阿部被撤职。
13日清晨6时30分，山本五十六又派出一列新的“东京快车”，由三川率领，再次前去炮击亨德森机场。这支运输船队配备了10支强大的护航舰队，即近藤将军的主力：包括在阿部突击群中没有受伤的战列舰“雾岛”号，重巡洋舰“爱宕”号、“高雄”号，轻巡洋舰“川内”号、“长良”号以及13艘驱逐舰在内的一支舰队，为田中增援群开路；由轻型航空母舰“隼鹰”号、“飞鹰”号，战列舰“金刚”号、“榛名”号以及重巡洋舰“利根”号组成的编队，则为田中提供空中掩护。
为了支援瓜岛海域的战斗，哈尔西早在12日夜间即命由金凯德指挥的第十六特混编队和李海军少将指挥的第六十四特混编队迅速北上增援。13日黎明，金凯德还与瓜岛有340海里的距离。他命令“企业”号上的9架鱼雷机和6架战斗机转移到亨德森机场。10时20分，当这批飞机飞临萨沃岛以北海面时，发现了身负重伤的日舰“比睿”号以及护航的日本驱逐舰。15架美国飞机突然冲出云层，从“比睿”号前方两侧进行鱼雷攻击，其中有2枚鱼雷命中目标，将这艘战列舰的舵机炸毁。攻击完毕后，这批飞机飞到亨德森机场，挂满炸弹和鱼雷，与“仙人掌航空队”合兵一处，于下午1时30分进行了第二次攻击。从圣埃斯皮里图岛起飞的14架“飞行堡垒”式轰炸机又把56枚重磅炸弹向这艘死鱼一样的战舰扔去。黄昏时分，“比睿”号在至少中了86发炮弹、13颗炸弹、21枚鱼雷之后，舰尾已经烧得通红，开始下沉。6时，这艘日本人的“永不沉没的战列舰”作为太平洋战争中被击沉的第一艘日本战列舰，终于在“铁底湾”长眠。
三川率领的炮击舰队绕道希瓦泽尔岛和圣伊萨尔贝尔岛之间，驶进瓜岛海域，躲过了美国侦察机的监视。哈尔西闻讯，立即电令李将军指挥的第六十四特混舰队火速拦截。但是，李将军的位置距瓜岛还有350海里，最快也只能在14日天亮抵达预定海域。而三川的炮击舰队犹如一列“快车”，直下“铁底湾”。13日下午，这支由4艘重巡洋舰、2艘轻巡洋舰和6艘驱逐舰组成的日本舰队已经来到萨沃岛附近。三川把这支舰队一分为二，一支进入“铁底湾”实施炮击，另一支在萨沃岛以西巡弋，为炮击提供掩护，以防不测。
进入“铁底湾”的2艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰和4艘驱逐舰沿瓜岛海岸进行平行航行，在隆加角附近展开猛烈炮击。2艘重巡洋舰在37分钟的炮击过程中，把各自携带的500发20厘米炮弹全部倾泻在亨德森机场上。机场被彻底犁了一遍，18架飞机被击毁，32架飞机受伤。14日黎明，美军突然发现了正在撤退的日本炮击舰队，饱受昨夜炮击之苦的航空兵们终于有了报复的机会。20架美国飞机立即从布满弹坑的机场起飞。8时，当三川正在返航途中，为自己的胜利陶醉时，美国飞机已经飞临舰队头上。空中攻击立即开始。在2个小时的尾追轰炸中，重巡洋舰“衣笠”号和轻巡洋舰“五十铃”号多次中弹。10时许，“衣笠”号又受到“企业”号舰载机的攻击。已经受伤进水的“衣笠”号再次中弹起火。重巡洋舰“鸟海”号、“摩耶”号、轻巡洋舰舰“五十铃”号以及一艘驱逐舰也在美国飞机的轮番轰炸之下身负重伤。凯旋而归顿时变成了大败而逃，三川狼狈不堪地回到了肖特兰岛。
14日晨7时，就在发现三川编队的同时，美国侦察机又发现了田中增援群位于亨德森机场西北150海里，沿“狭口”海峡向东南航行。这一发现使“仙人掌航空队”异常兴奋，因为在光天化日之下冲进他们的攻击半径就意味着毁灭。不久，“企业”号也发现了田中船队。此时，田中还认为亨德森机场已经被彻底炸毁，不能使用，不知道三川的炮击实际上收效甚微，更不知道亨德森机场与“企业”号上的飞机即将飞临，给他船上的13500名士兵带来巨大的灾难。
美国飞机对田中增援船队的攻击犹如一场穿梭式的轰炸大竞赛。在轮番的轰炸中，田中饱尝了重磅炸弹的滋味，日本人溃不成军，有7艘运输船起火燃烧，逐渐下沉，由驱逐舰把上面的残兵败将接走。稍事整顿以后，田中继续向瓜岛挺进。
田中的惨重损失使近藤对三川不成功的炮击十分不满，同时也使近藤认识到重巡洋舰的203毫米口径炮无法彻底摧毁机场。他决定自己亲自率领一支舰队前往奔袭。
而此时由李将军指挥的第六十四特混编队正日夜兼程赶赴瓜岛海域。这支舰队没有来得及阻止三川舰队在13日午夜对亨德森机场的炮击，便停留在瓜岛附近海域，待机而动。
14日晚11时，美国战列舰“华盛顿”号的雷达发现了日舰。刹那间，美国舰队的炮口对准了日舰。17分钟以后，两艘战列舰上的406毫火大炮开始怒吼。日本巡洋舰“川内”号见势不妙，施放烟幕，调头逃走。大规模的拼杀随后开始。
至15日凌晨4时，这场持续了三天三夜的大海战以美国人取得决定性的胜利、山本五十六增援瓜岛的计划彻底破产而告结束。
“铁底湾”恶战是瓜岛争夺战中一场关键性的战役。在激烈的战斗中，美军损失了3艘巡洋舰、7艘驱逐舰；日军损失了2艘战列舰、1艘巡洋舰、1艘潜艇、4艘驱逐舰和11艘运输船。遭到挫折的日本联合舰队元气大伤，再也不敢冒险把主力舰队投入瓜岛作战。战胜的美国人掌握了瓜岛的制空权和制海权。瓜岛上的几万名日军实际上已经被抛弃。岛上补给中断，弹尽粮绝，疾病流行，药品奇缺。日军羸弱不堪，死亡相继。而负责东南线作战的日本海军仅仅把10余艘驱逐舰留在腊包尔海军基地，配合瓜岛地区的行动。这支可怜的日本舰队由顽强的田中指挥，虽然田中绞尽脑汁对瓜岛进行补给，甚至还取得了11月底塔萨法隆格海战的胜利，击沉了1艘美国的重巡洋舰。然而，大局已经无可挽回。日本人无力再把这场日甚一日的消耗战坚持下去。
1942年12月31日，日本御前会议终于作出最后决断，停止在所罗门群岛方面夺回瓜岛的作战。1943年1月4日，日军大本营不得不下达了从瓜岛撤退的“K号作战”命令。为此，日本花了数周时间计划、准备。直到2月1日，20艘驱逐舰经过3个夜晚的快速撤运，才将日军1.2万名饿得半死的幸存者撤出了瓜岛。等到瓜岛上的美军增加到5万人，并于2月初完成对日军阵地的钳形攻势时，美国人才发现他们的猎物已从手缝中溜掉了。
1943年2月9日，历时6个月的瓜岛战役结束了。瓜岛争夺战是太平洋战争中一场空前残酷而激烈的大搏杀。这一具有决定性意义的争夺战，成为第二次世界大战中著名的战役之一。在这场空前残酷的大搏斗中，美军先后出动地面部队6万人，战死1600人，伤4200人。日军派往瓜岛的地面部队达3.6万人，战死或失踪者14800人，病死者9000人，被俘1000人。在此期间，总计发生大小海战近30次。日方损失战列舰2艘、轻型航空母舰1艘、重巡洋舰3艘、轻巡洋舰2艘、驱逐舰11艘、潜艇6艘、运输船不计其数。美方损失航空母舰2艘、重巡洋舰6艘、轻巡洋舰2艘、驱逐舰14艘。对日本人来说，最严重的损失是飞机。日本不仅损失了893架飞机，而且损失了2362名驾驶员。这些飞机的损失是中途岛的3倍，而飞行员的损失则是中途岛的10倍。这是日本难以补充的战争资源，是日本最终丧失制空权和制海权的重要因素。
这是日本陆海军协同作战的第一次大败北，也是盟军在南太平洋诸岛登陆作战的首次告捷。从此盟军在南太平洋上也掌握了战略主动权。不过山本五十六并未看到他的联合舰队的彻底失败，4月13日他因其座机遭美军伏击而身亡。
