阿部的戰艦部隊在狹口海峽以北70英裏（110千米）集結，並在11月12日駛向瓜達爾卡納爾島，預計艦隊到達時間為11月13日清晨。慢速的運輸船隊及12艘護航驅逐艦，在三川軍壹的指揮下，開始從肖特蘭茲駛向“海槽”（新喬治亞海峽），預計到達瓜達爾卡納爾島的時間為11月13日晚上。除了2艘戰艦（比叡號、霧島號）外，阿部的艦隊包括輕巡洋艦長良號和11艘驅逐艦（五月雨、村雨號、朝雲號、照月號、天津風號、雪風號、雷號、電號、曉號、春雨號和夕立號。另外3艘驅逐艦（時雨號、白露號和夕暮號）將在阿部的艦隊駛入瓜達爾卡納爾島以北海岸的“鐵底灣”時在拉塞爾群島提供側翼掩護。美國的偵察機發現了航行中的日本艦隊，並向盟軍司令部發出警告。由於獲得警告，特納因此調動所有可用的作戰艦艇，以保護岸上的部隊免受預期中的日本海軍攻擊及部隊登陸，並下令在瓜達爾卡納爾島的補給艦在11月12日傍晚撤離。由於卡拉漢曾擔任比更有經驗的斯科特數天的上司，因此被安排任總指揮。卡拉漢的艦隊準備在當晚於鐵底灣迎擊日軍。他的艦隊包括2艘重巡洋艦（舊金山號和波特蘭號）、3艘輕巡洋艦（海倫娜號、朱諾號和亞特蘭大號）和8艘驅逐艦：庫欣號、拉菲號、施特雷特號、奧班農號、亞倫號、巴頓號、蒙森號和弗萊徹號。卡拉漢海軍上將在“舊金山號”上坐鎮指揮。
在前往瓜達爾卡納爾島途中，日軍通過1個龐大而有激烈的雨水的暴風，再加上復雜的軍事組織及阿部的壹些付令人誤會的命令，艦隊被分成幾個不同的縱隊。美國艦隊在鐵底灣以單行列部署，驅逐艦被部署在前頭和後方，而巡洋艦在中間。5艘艦艇擁有新及優異的雷達，但卡拉漢沒有把他們部署在前列，也沒有選擇其中1艘為他的旗艦。卡拉漢沒有向他的艦長發出戰鬥計劃。
12日二十三時三十分，裝備新型雷達的“海倫納”號巡洋艦發現了遠在14海裏外的日軍艦隊，但卡拉漢沒有利用這壹先敵發現的機會先敵攻擊，而是指揮美艦進行了兩次右轉，企圖像在埃斯佩蘭斯角海戰那樣，占據T字橫頭陣位。就在美艦機動過程中，最前面的“庫欣”號驅逐艦突然發現日軍艦隊就在3000米外，壹面報告，壹面立即轉舵以搶占發射魚雷的有利位置，這樣壹來，後面的3艘驅逐艦為了避免碰撞，只好跟著急轉，居中的巡洋艦則迅速左轉以避開急轉的驅逐艦，美軍艦艇之間的距離迅速縮小，隊形也紊亂起來。
就在這時，日軍也發現了美艦，因為沒有料到會在夜間遭遇美艦，壹時倒也把日軍給弄了個措手不及，阿部立即下令將原準備射擊機場的高爆彈和燃燒彈換成攻擊軍艦的穿甲彈，日軍的運彈手動作極快，在短短十分鐘裏，完成了換彈工作，作好了攻擊美艦的準備。
卡拉漢因為旗艦雷達性能欠佳，要依靠裝備新型雷達的友艦來報告敵情，這樣聽取報告和向各艦下達命令都使用同壹部報話機，幹擾很大，“庫欣”號請求允許其實施魚雷攻擊，當“庫欣”號收到同意攻擊的答復時，已經找不到準備攻擊的目標了。
二十三時五十分，美軍編隊與日軍編隊混雜在壹起，日艦“比睿”號打開了探照燈，正照在美軍巡洋艦隊列的第壹艘“亞特蘭大”號上，在“亞特蘭大”號上的斯科特壹見知道不妙，不等卡拉漢的命令就馬上下令：“開火！反照射！”，說時遲那時快，日軍的第壹批炮彈已經準確地擊中了“亞特蘭大”號的艦橋，正在艦橋上指揮作戰的斯科特和他的參謀人員，除壹人外，全部喪生。隨著“亞特蘭大”號的開火，其余美艦也開始射擊，壹時間，炮聲四起，雙方妳來我往，炮彈紛飛，魚雷翻騰，火光硝煙彌漫，隊形全被打亂，卡拉漢見左右都有敵艦，就下令：“奇數艦向右射擊，偶數艦向左射擊。”這個命令看上去既對付了左面之敵，又打擊了右面之敵，實際上有的美艦在指定射擊的壹側找不到目標，卻遭到另壹側日艦的猛烈攻擊，頓時陷入混亂。日軍驅逐艦乘此時機，發動魚雷攻擊，已經受傷的“亞特蘭大”連中兩條魚雷，很快沈沒。“庫欣”號上前救助，卻被“比睿”號發現，隨即就遭到了猛烈射擊，“庫欣”號連射六條魚雷因日艦行動迅速無壹命中，自己卻被日艦重炮擊中彈藥艙，引起爆炸而沈沒。“庫欣”號後面的“拉菲”號驅逐艦幾乎與“比睿”號相撞，“拉菲”號立即發射魚雷，但因距離太近，保險裝置還來不及打開，魚雷擊中了“比睿”號卻沒爆炸，“拉菲”號隨即以20毫米機關炮掃射“比睿”號，“比睿”號還以顏色，用356毫米主炮猛轟，“拉菲”號連中兩彈，上層建築幾乎被炸飛，後來又被兩條魚雷擊中而沈沒。美軍第三艘驅逐艦“斯特雷特”號遵循卡拉漢的命令向右面射擊，和“比睿”號展開炮戰，連連中彈，舵機、雷達均被打壞，仍堅持戰鬥，沖到距“比睿”號2000米處發射四條魚雷，可惜無壹命中。第四艘驅逐艦“奧邦農”號正向1200米外的“比睿”號猛烈開炮，接到卡拉漢不要射擊友艦的指示，還以為是在誤擊友艦，便停止了射擊，等到分辨清楚，才恢復了射擊同時發射兩條魚雷，也沒命中。
在混戰中，卡拉漢的旗艦“舊金山”號曾向數艘軍艦射擊，也有多發命中，他認為其中可能有誤擊友艦，就下令不要射擊友艦，並且要求瞄準大艦攻擊，不久就遭到日軍“霧島”號戰列艦的艦炮射擊，被擊成重傷，舵機失靈，無法控制，日軍的壹艘驅逐艦從其左舷擦過，就在兩艦交錯之際，日艦乘機以機關炮掃射其上層建築，在艦橋指揮戰鬥的卡拉漢和艦長等軍官全部被掃倒，無壹幸免。在“舊金山”後面的“波特蘭”號巡洋艦先同右側的日艦炮戰，互有損傷，後又轉向北進與另壹艘日艦對射，在混戰中被魚雷擊中艦尾，舵機被毀，失去航行能力，在原地直打轉，但仍在堅持戰鬥，向“比睿”號連連開炮，最後於次日被拖回圖拉吉島。“海倫娜”號輕巡洋艦裝備新型雷達，對戰場形勢比較清楚，沒有誤擊友艦，對日艦進行了猛烈射擊，當日艦撤退時還以炮火延伸射擊，進行火力追擊。美軍最後壹艘巡洋艦“朱諾”號在戰鬥中被魚雷擊中鍋爐艙，失去戰鬥力，只得退出戰鬥。美軍殿後的四艘驅逐艦也迅速上前，投入戰鬥。“艾倫沃德”號向打開識別燈的日軍“夕立”號驅逐艦猛烈開炮，雙方展開激戰，最終將“夕立”號擊沈，自己也被擊中數彈，受了輕傷。“巴頓”號向日艦連射四條魚雷，自己被日軍壹條魚雷擊中艦體中部，幾乎被炸成兩半，很快下沈。“蒙森”號向右面的日艦壹口氣射出十條魚雷，將日軍“曉”號驅逐艦擊沈，但他魯莽地打開探照燈準備尋找其他目標，卻反而暴露了自己，遭到日艦的密集射擊，先後被三十七發炮彈擊中，其中三發還是356毫米的重炮炮彈，燃起大火，於次日傷重沈沒。“弗萊徹”號驅逐艦裝備了新型雷達，能夠清楚辨別目標，在戰鬥中先向日艦射擊，當友艦也隨之向該敵射擊，它就向其他日艦轉移火力，再為友艦指示目標，起到了引導作用。也是這場海戰中美軍唯壹未有任何損傷的軍艦。
這是壹場如同陸地上白刃肉搏般的近戰，歷時僅二十四分鐘，美軍損失慘重，而日軍也付出了不小的代價，驅逐艦“夕立”、“曉”號被擊沈，“長良”號巡洋艦和“雷”、“雪風”、“天津風”號驅逐艦都有不同程度的損傷，旗艦比睿號戰列艦在戰鬥中成為美軍集中打擊的重點目標，中彈五十余發，基本失去了戰鬥力，阿部對這樣混亂的夜戰感到心中無底，又害怕繼續深入鐵底灣會遭到圖拉吉島美軍魚雷艇的偷襲，於是決定放棄炮擊機場的計劃，由於“比睿”號傷勢越來越重，只好於13日淩晨改以“雪風”號驅逐艦為旗艦，指揮余部向北撤退，山本五十六指示以“霧島”號拖帶“比睿”號返航，但阿部認為白天返航美軍飛機必會蜂擁而來，“霧島”不僅不能將“比睿”號帶回，而且很可能會白白陪葬，所以他沒有執行山本的命令，只留下“長良”號巡洋艦在“比睿”號旁邊保護，其余艦只全速返航。果然不出所料，天亮後，美軍“企業”號的艦載俯沖轟炸機、瓜島“仙人掌”航空隊的轟炸機和聖埃斯皮裏圖島的B—17轟炸機壹波接壹波飛來，“比睿”號又連中數彈，眼看無法返航了，阿部於十六時下令將艦上的天皇照片轉移到“夕立”號，然後下令鑿沈。——這使山本認為阿部沒有資格再指揮軍艦了。
美軍方面，受傷較輕的“海倫納”號帶著受傷較重的“朱諾”和“舊金山”號巡洋艦在三艘驅逐艦的護衛下，向聖埃斯皮裏圖島撤退。但是美軍的災難還沒結束，13日十壹時許，朱諾號 剛駛出英迪斯彭塞布爾海峽，就遭到了日軍“伊—26”號潛艇的攻擊，被擊中壹條魚雷，引起了大爆炸，就像是火山噴發那樣烈焰濃煙沖天而起，其他艦只害怕再遭攻擊，不敢停留救助，加速南撤，“朱諾”號上七百多艦員除少數人僥幸獲救外，大多數人都葬身魚腹，其中包括依阿華州滑鐵盧鎮托馬斯·沙利文夫婦的五個兒子，美國海軍為了避免再次發生這樣的慘劇，特意頒布條令，規定同壹家族的直系親屬不得在同壹艘軍艦上服役。至此，瓜島以北海戰的第壹階段才告結束，在這場海戰中，美軍損失慘重，2艘巡洋艦和4艘驅逐艦被擊沈，2艘巡洋艦和2艘驅逐艦擊傷，包括卡拉漢和斯科特兩將軍在內的近千人陣亡。但是應該看到，盡管美軍付出了極大的代價，卻阻止了日軍戰列艦對瓜島機場的炮擊，並由此迫使日軍的增援編隊中途折返，為以後的作戰創造了有利的條件。