9时50分，美侦察机发现了日军联合舰队中打头阵的田中编队，立即向弗莱彻发回急电：“由巡洋舰2艘、驱逐舰3艘护航的日军登陆输送队，以17节的航速向瓜达卡纳尔岛行驶。”弗莱彻接电后立即行动起来，决心歼灭这支日舰编队。下午2时45分，由31架轰炸机和76架鱼雷机组成的攻击队呼啸着飞离航空母舰，前往预定海域空袭日军瓜岛增援群。一个半小时后，瓜岛上的“仙人掌航空队”也派出23架飞机前往助战。但当美空袭机群飞抵时，却没有发现日军的踪影。
原来，田中发现自己被美军发现后，立即全速转向。为此，太平洋舰队情报处认为：日军的航空母舰一定远在特鲁克一带。弗莱彻也判断说：“在最近几天内不会发生大的战斗。”随后，他便放心大胆地命令诺伊斯率领的以航空母舰“大黄蜂”号为主的特混编队去南方加油。
这一次，弗莱彻是大错特错了，所罗门以东海战马上就爆发了。
8月24日拂晓，日本海军部队从黑云密布的海域驶出，向南航行。9时，对位于瓜达尔卡纳尔岛以北250海里处。近藤海军中将率领的“翔鹤”号和“瑞鹤”号航空母舰，为掩护田中编队的翼侧，而在其东面航进，两者相距40海里。在近藤部队的前方有以轻型航空母舰“龙骧”号为主力的第三编队。该编队的任务是，以舰载机压制亨德森机场。
9时5分，瓜纳尔岛以东150海里海域活动的弗莱彻将军，接到巡逻机发现“龙骧”号的报告后，非常吃惊。因为此前，他想着是不会有大的战斗，便派“黄蜂”号航空母舰编队返回南方补给燃料去了。因此，在不明对方兵力的情况下，他决定进行先发制人的攻击。为使舰队免遭日军的攻击，弗莱彻命令53架“野猫”式战斗机全部担任空中掩护。
就在弗莱彻令攻击机群出发后不久，美侦察机又发来了一连串的报告，这令弗莱彻陷入更加恐慌的境地。14时，1架水上飞机员报告说，在日军牵制群东北60海里处发现了日军的航空母舰。
接着，由航空母舰“企业”号起飞的侦察机发回来几个惊人的报告：发现日军一艘航空母舰，方位317度，距离不到200海里。
14时30分，又发现日军主力群的2艘航空母舰，方位340度，距离198海里。10分钟后，报告又来了，说同时发现日军4艘巡洋舰和几艘驱逐舰。为此，他想命令那批攻击“龙骧”号的美机中途转向，去攻击日本的那两艘大型航空母舰，但苦于通讯联络极不通畅，只好组织现有兵力应战。15时15分，由美军航空母舰“企业”号上起飞的两架侦察机发现日军航空母舰“翔鹤”号，并进行了攻击。14时40分，另外两架侦察机攻击了日军的前卫群。同时，从“萨拉托加”号上起飞的38架美机神不知鬼不觉地到达“龙骧”号上空。这时，“龙骧”号正转向逆风行驶。美机抓住有利的攻击时刻，立即展开围剿。轰炸机从1200米高空排山倒海般扑来，有4颗炸弹在“龙骧”号甲板上爆炸。一枚鱼雷命中目标，有10颗左右的炸弹在甲板上爆炸。全舰被大火和浓烟笼罩，舰体很快向右舷倾斜，转眼之间就沉入大海。
15时7分，南云派出80余架日机对美航空母舰进行首次打击。美军第16特混编队在第61特混编队西北10海里处，弗莱彻命令航空母舰“企业”号负责引导战斗机。16时20分，航上的雷达发现了许多空中目标，这是前来进攻美舰的日军机群。弗莱彻急令甲板上待命的飞机起飞，前往截击。不一会儿，53架“海猫”式战斗机腾空而起，在空中紧急待命。同时，“企业”号上仅有的11架轰炸机和7架鱼雷机也起飞去攻击日舰，“萨拉托加”号上的5架鱼雷机和2架轰炸机也起飞，与其合兵一路。只一刻功夫，在距离“企业”号航空母舰42海里的地方，一场空中战斗就打响了。
16时29分，日军飞机距美航空母舰“企业”号不到250海里，展开成几个小群。由36架日军俯冲轰炸机和12架鱼雷机组成的第一攻击波，在24架战斗机的掩护下，渐渐逼近美舰队。
美军飞机见状，立即迎了上去。双方机群在浓密的云层中摆开阵势。攻击“龙骧”号后返航的美“无畏”式俯冲轰炸机和“复仇者”式鱼雷机，也不失时机地赶来参加这场空中恶战。美机勇敢地冲击，打乱了日机队形，但仍有30架日本俯冲轰炸机突破拦截网，直取航空母舰“企业”号。“企业”号奋力反击。舰面发射的炮弹在空中纷纷开花，将雪白的云朵染上一团团黑色的墨迹。
日军飞机不顾伤亡，仍然冒死前冲，最终仍有20多架俯冲轰炸机接连突破了美军火力防护网。16时41分，第一批进入目标的日机进行俯冲，在不到1500米的高度上投弹。
这时，舰上的一名军官立即用手枪朝着直冲下来的日军轰炸机射击，直到把子弹打光为止。“企业”号舰长戴维斯海军上校拼命用大舵角急转，规避炸弹。尽管如此，还是未能幸免。至16时43分，“企业”号共中弹3颗。第一颗炸弹发出刺耳的尖叫、斜着落向甲板。这大概是一颗定时穿甲弹，当其穿过第一二层甲板时并未爆炸，当到达第二层甲板水手长舱旁时，轰然一声发出惊天动地的巨响，舱里的人当场死亡。一分钟后，第二颗装有瞬发雷管的炸弹，命中“企业”号舰尾升降机的右侧。橙色的火花四溅，紧靠炸点的人顿时血肉横飞。第三颗炸弹将起飞信号台炸掉，舰面烈焰冲天。紧接着，一颗炸弹落到舰舷旁，掀起了巨大的水柱。这时，舰面燃起了熊熊大火。幸而舰上的消防人员干得相当出色，不到一小时，“企业”号火势被扑灭，航速开始恢复。这时，弗莱彻立即命令1艘巡洋舰和4艘驱逐舰为“企业”号护航，驶返珍珠港进行修理。
16时55分，日军的18架轰炸机，9架鱼雷机和3架战斗机组成的第二攻击波，逐渐向弗莱彻逼近。本来美军应该是大祸临头了。但是戏剧性的情节发生了，当这些飞机飞抵美舰附近正欲投弹时，燃油却不足了，于是被迫返航。美舰队幸运地避免了一次致命打击。同样，弗莱彻的第二批空袭机群也没有找到近藤编队的“翔鹤”和“瑞鹤”号航空母舰，只击伤了日本水上飞机母舰“千岁”号。
弗莱彻接收了出击的飞机后，天色已黑，为避免夜战，立刻率领舰队向南撤退。当晚24时，山本下令撤出战斗。
至此，所罗门群岛以东的海战便落下了帷幕。日军和美军各有一损伤，不分胜负。但从战略上讲，这次海上大战粉碎了山本妄图孤注一掷、击溃太平洋舰队、迅速拿下瓜岛机场的战略企图，使瓜岛争夺战陷入了持久的状态。
■ 埃斯佩兰斯角海战
日军夺回瓜岛的企图接连受挫后，仍不甘心。于是，日军便利用善于夜间作战的优势，在夜间向瓜岛增兵，企图进行陆地决战。日本称之为“老鼠运输”，美国称之为“东京快车”。这一时期，瓜岛附近的制海权，白天在美军手中掌握，夜间则转入日军手中。
从8月24日至9月4日，日军以这种方式将山口支队和清野市木部队分批输送完毕，从而使集结在瓜岛的日军兵力达6200多人。为了夺回德森机场，日本陆军准备发起第二次反攻。但日军却明显地低估了岛上美军的实力。12日夜里，日军在亨德森机场稍南的地方发起了突击，但却遭到美军迫击炮和机枪的扫射，死伤惨重。在这次作战中，美军陆战队以40人的代价把日军赶了回去，日军却伤亡了1500人。这也使得日军认识到，瓜岛上的美军是一支数量可观的部队，不敢再轻敌。于是，日军加快了“东京快车”行动，每夜通过所罗门群岛狭水道运送的日军多达900人。而美军陆战队处境极为不利，缺乏粮食和弹药补给，又极易受攻击。
此时，美军航母遭到日军潜艇偷袭，“黄蜂”号被击沉，“萨拉托加”号受伤。这样，美军在整个太平洋海域能够进行作战任务的航空母舰只剩“大黄蜂”号了。在尼米兹的催促下，美南太平洋司令部从新喀里多尼亚的守军中抽调一个团增援瓜岛。由于日本海军自恃盟军舰队不是其对手，更加肆无忌惮地用舰炮轰击亨德森机场。这令美军很是不舒服，决心教训一下狂妄的日本人，为此，10月11日夜间，美军护航船队与日军“东京快车”在瓜岛西北部埃斯帕恩斯角进行了一次较量。
美海军少将斯科特受命出征，率“旧金山”号、“盐城湖”号2艘重巡洋舰、“海伦娜”号、“博伊斯”号2艘轻巡洋舰和5艘驱逐舰直驶瓜岛西北端的埃斯佩兰斯角附近海域，欲抢在“东京快车”通过之前布阵以待。此时，日军定岛海军少将率领的登陆运输队和后藤海军少将率领的舰炮支援群正从瓜岛北面和西北面海域渐渐逼来，后藤的3艘重巡洋舰和2艘驱逐舰除负责掩护定岛外，还要在当夜炮击亨德森机场。
23时25分，“海伦娜”号轻巡洋舰上的新式雷达首先发现目标，斯科特大胆地命令鱼贯而行的舰队立即转向。23时46分，美军开始发起攻击。日舰队最前面的旗舰“青叶”号重巡洋舰突然被照明弹照得雪亮，首先遭到美巡洋舰的集中炮击。几秒钟后，一发炮弹击中“青叶”号，舰上顿时腾起一团火球。这时，在惊恐和混乱中，后藤以为射击他的是定岛指挥下的登陆运输队，因而下令各舰由向后相继转向，脱离接触。岂料命令刚一下达，一颗重磅炮弹便在他所站的舰桥烧望台爆炸，破片横飞，烈焰升腾，后藤被弹片击中后，破口大骂。最终，他也不知道是遭到美军的袭击。
日舰被这突如其来的袭击打得懵头转向，它们毫无目标地乱放了一通炮火，而主力舰只重巡洋舰“青叶”号和“古鹰”号早已腾起大火，遭受重创，惟有重巡洋舰“衣笠”号和“初雪”号由于擅自从左向后转向，逃掉了美舰雨点般炮弹的轰击。
23时51分，“旧金山”号发现在西北千余米处有一艘神秘舰只与其平行航行，斯考特大为困惑。这时，“旧金山”号打开探照灯一看，认出这是被打得破烂不堪毫无防御能力的日驱逐舰“吹雪”号，几乎在这同时，所有的美舰集中火力，炮弹铺天盖地打来，“吹雪”号旋即发生了大爆炸，仅2分钟，“吹雪”号便化作了碎片。但这时，美轻巡洋舰“博伊斯”号也在右后方发现了目标。但它打开探照灯后反而将自己暴露给了日军两艘尚有战斗力的重巡洋舰，若不是“盐湖城”号奋勇救援，“博伊斯”号恐怕也一命呜呼了。
突然间，日舰所有的大炮一齐沉默下来，原来他们发现主将阵亡了，便载着后藤的尸体仓皇逃窜，已根本顾不上炮轰亨德森机场的原定计划。而定岛的登陆运输队却趁夜战的混乱靠泊瓜岛，卸下了增援部队和补给物资。12日天明后，盟军飞机从亨德森机场起飞，轰炸了堆积在滩头上的日军物资，并追击了溃逃的日舰队，但战果不大。
此战，日军沉没巡洋舰和驱逐舰各1艘，损伤巡洋舰2艘。美军沉没驱逐舰1艘，损伤驱逐舰1艘，巡洋舰2艘。但是，这次海战毕竟第一次使自以为是夜战行家的日本海军损兵折将，粉碎了对亨德森机场进行夜间炮击的企图，鼓舞了盟军的作战士气。
■ 海上“航母大战”
尽管日军在埃斯佩兰斯角海战中遭遇惨败，但这丝毫没有动摇山本五十六夺回瓜岛的决心。海战后的第二天夜里，日军便对亨德森机场进行了系统性的破坏。次日昼间，日机发动两次空袭，深夜，日重巡洋舰又卷土重来。就这样，几次袭击把亨德森机场弄得满目疮痍。日军几次夜里运输兵力和物资，已经使得岛上兵力增至22000人，且其中大部分为精锐部队。而美地面部队虽有23000人，但多属疲惫不堪、疟疾缠身的陆战队员。因此，形式对日军有利。这也使得山本决定出动了中途岛海战后联合舰队最强大的阵容去配合陆军的进攻，并企图寻机歼灭可能出现的美航空母舰特混舰队。日军这支强大的舰队共拥有“翔鹤”号和“瑞鹤”号2艘大型航空母舰、“瑞凤”号和“隼鹰”号2艘轻型航空母舰、4艘战列舰、14艘重轻巡洋舰以及44艘驱逐舰。
当然这一切也是被美军尼米兹看在眼里的，为此他及时对对南太平洋战区的高级指挥官进行调整，起用了自信心强、骁勇善战的哈尔西海军中将继任南太平洋战区司令。哈尔西也深知这是一块儿烫手的山芋。为此，他一上任，立即召开军事会议，会上他支持范德格里夫特的主张，解决了舰队与陆战队之间在战略上的意见分歧。他大胆起用了范德格里夫特，把海军的全部家底都搬出来支援他。他派“华盛顿”号战列舰大胆出击，前往危险的“铁底湾”水域阻止日军舰只对瓜岛进行增援和炮击。接着，他又对金凯德海军少将下达了一道更具胆略的命令：率领两个航空母舰特混大队前出，进入瓜岛东北海域作战。
10月24日起，由刚修复好的“企业”号航空母舰、战列舰“南达科他”号、2艘巡洋舰和8艘驱逐舰所组成的第16特混大队，以及由“大黄蜂”号、4艘巡洋舰和6艘驱逐舰所组成的第17特混大队开始在圣克鲁斯群岛附近的洋面巡航，准备随时同日本航母舰队交战。
到此，日军和美军，都做好了随时交战的准备，而且这将是一场大规模的“航母大战”。10月24日上午十点，第16、17编队在圣埃斯皮里图岛东北270海里会合，哈尔西指定由金凯德统一指挥，命令他率部前往圣克鲁斯群岛以北，以阻截驶向瓜岛的日军舰队。而第64特混编队则到瓜岛海域，阻止日军对瓜岛的增援和对机场的炮击。