日本联合舰队已是强弩之末。由于日美的工业潜力和补给潜力的差距，山本五十六最不愿意看到的情况出现了：不管日本飞机制造厂和造船厂的工人怎么日夜加班，要超过美国那庞大的工业生产能力是不可能的。联合舰队的那些受过严格训练的飞行员也越来越少。与美国强大的补给力相比，日本只是徒然在那里消耗自己的装备和人员。
5.日本终因补给不足败北
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着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、ｌ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。