但是，“朱诺”号的运气与“比睿”号相比也好不到哪里。13日11时许，“朱诺”号刚驶出英迪斯彭塞布尔海峡，就遭到了日军伊-26号潜艇的攻击，被一条鱼雷击中，引起了大爆炸，就像是火山喷发那样烈焰浓烟冲天而起。其他舰只害怕再遭攻击，不敢停留救助，加速南撤。“朱诺”号上700多官兵除少数人侥幸获救外，大多数人都葬身鱼腹，其中包括依阿华州滑铁卢镇托马斯·沙利文夫妇的5个儿子。美国海军为了避免再次发生这样的惨剧，事后特意颁布条令，规定同一家族的直系亲属不得在同一艘军舰上服役。
在这场海战中，虽然美军损失惨重，2艘巡洋舰和4艘驱逐舰被击沉，2艘巡洋舰和2艘驱逐舰击伤，包括卡拉汉和斯科特两将军在内的近千人阵亡。但是应该看到，尽管美军付出了极大的代价，却阻止了日军战列舰对瓜岛机场的炮击，并由此迫使日军的增援编队中途折返，为以后的作战创造了有利的条件。
由于12日阿部编队未能按计划炮击瓜岛机场，山本命令田中增援编队返航。为保障增援编队的返航安全，山本又决定组织第二次炮击机场的行动，由第8舰队司令三川指挥4艘重巡洋舰、2艘轻巡洋舰和6艘驱逐舰组成第2炮击编队。
三川所部自11月9日起已经连续3天进行了对岸射击训练，接到命令后就于13日4时30分从肖特兰岛出发。为避开美军的空中侦察，特地绕道希瓦泽尔岛和圣依萨贝尔岛以北，于午夜时分抵达萨沃岛海域。三川将所部12艘军舰分为两队，以第7战队司令西村指挥2艘重巡洋舰、ｌ艘轻巡洋舰和4艘驱逐舰组成炮击分队，直扑瓜岛。三川则指挥余下的2艘重巡洋舰、ｌ艘轻巡洋舰和2艘驱逐舰组成主力分队，在萨沃岛以西警戒，掩护炮击分队的行动。
23时30分，炮击分队驶抵瓜岛的隆格角海域。重巡洋舰上的舰载水上飞机起飞，在机场上空投下照明弹，并为军舰提供目标指引和弹着校正，日舰随即开始炮击。“铃谷”号重巡洋舰发射203毫米炮弹504发，“摩耶”号重巡洋舰发射203毫米炮弹485发，两舰共发射989发，击毁美军轰炸机1架、战斗机17架，击伤战斗机32架，并将跑道炸得弹痕累累。
日军的炮击分队在进行了30分钟炮击后立即撤回，14日拂晓与主力分队在新乔治亚岛以南海域会合，再一起返回肖特兰岛。
此前，奉命返航的田中增援编队已经于13日11时回到了肖特兰岛。但是，为了能在14日夜间将部队和物资运上瓜岛，赶上即将开始的总攻，增援编队又于13日15时30分再次出航。在途中得知三川对瓜岛机场实施了炮击，田中认为美军不可能马上出动飞机前来攻击，就加速南下。直到14日5时许，在新乔治亚岛以东增援编队才被美军的侦察机发现。
美军原以为经过12日夜间惨烈的海战已经阻止了日军的攻势，但13日夜间亨德森机场再次遭到炮击，14日早晨又发现日军的增援编队，可见日军对于瓜岛是志在必得。美军高层对此极为震惊，有的甚至提出是否放弃瓜岛。最后，罗斯福总统拍板决定要坚持到底，哈尔西也认为必须打下去。
经过美海军修建大队的通宵努力工作，跑道上的弹坑基本被填平，黎明前瓜岛机场又可以起飞飞机了。从14日5时55分起，直到下午15时30分的10个小时中，美军“企业”号航母的舰载机和瓜岛、圣埃斯皮里图岛的岸基航空兵先后对返航途中的三川炮击编队发动了多次空袭，炸沉“衣笠”号重巡洋舰，炸伤“鸟海”号、“摩耶”号重巡洋舰和“五十铃”号轻巡洋舰，报了昨夜的一箭之仇。
接着，美军飞机全力收拾日军的田中增援编队，连续发动了8轮攻击，将田中增援编队中的11艘运输船炸沉了6艘，还有1艘因重伤而返航。在日本海军中有着“顽强者”之称的田中，指挥护航的驱逐舰一面竭尽全力抗击美军的空袭，一面迅速抢救落水的官兵。据不完全统计，仅6艘驱逐舰救起的陆军官兵就达4800余人。田中不负“顽强者”的称号，继续冒着猛烈的空袭向瓜岛前进。
日落后，美军又出动了3架轰炸机对增援编队进行夜袭，迫使日军中止了增援行动。夜幕降临后，田中指挥编队乘着美军飞机不能组织大规模夜间空袭的机会，向瓜岛前进。
15日2时许，日军增援编队的4艘运输船终于到达瓜岛的塔萨格海滩，立即开始卸载。田中率领驱逐舰于2时30分开始撤离，以免天亮后被美军飞机发现。
可是，天亮时驱逐舰虽然撤离了，但运输船尚未走远，美军“仙人掌”航空队果然将这4艘毫无保护的运输船-一击沉，并用燃烧弹将刚卸到海滩上的物资——260箱弹药和1500袋大米尽数焚毁。日军煞费苦心的增援计划又告失败。
此前，山本命令正在南太平洋活动的联合舰队之前进部队抽调兵力，再次组织对瓜岛机场的炮击。前进部队司令近藤信竹中将从各地调集了1艘战列舰、4艘巡洋舰和9艘驱逐舰，于14日在瓜岛以北250海里会合，然后南下，准备于14日晚22时实施对瓜岛亨德森机场的炮击。
近藤将所部的14艘军舰分为3个分队：桥本少将指挥1艘轻巡洋舰和3艘驱逐舰组成桥本分队，负责远距离警戒；木村少将指挥1艘轻巡洋舰和6艘驱逐舰组成木村分队，负责直接掩护；近藤以“受宕”号重巡洋舰为旗舰，亲自指挥余下的1艘战列舰和2艘重巡洋舰为本队，担任炮击任务。
14时许，近行至圣伊萨贝尔岛以北时，收到侦察机报告，在瓜岛以南发现美军巡洋舰4艘和驱逐舰2艘组成的舰队。近藤认为美军主力舰夜间是不敢进入瓜岛海域的，最多派巡洋舰和驱逐舰进行袭扰。所以决定如果遭遇敌舰，先将其歼灭，再执行炮击任务。19时许，近藤舰队各分队都已进入了萨沃岛以北海域。
实际上被日军侦察机发现的美军舰队是李少将指挥的第64特混编队，兵力编成是2艘战列舰和4艘驱逐舰。他们原本是奉哈尔西的命令前来拦截三川的炮击编队，因为距离太远而没及时赶到。
黄昏时分，李接到敌情通报。日军战列舰编队16时已进入瓜岛以北150海里处，并继续向瓜岛驶来。李被认为是美国海军最聪明的智囊，而且是雷达专家，他认为要确保瓜岛机场，必须全力阻击来犯之敌。他深知这必是一场艰苦异常的战斗，因此制定了比较审慎的作战方案：为了避免像12日夜间那样的混战，使战列舰具有更广阔的回旋余地，计划在埃斯佩兰斯角附近比较开阔的海域展开战斗。
天黑后，李就率领他的舰队驶过铁底湾，前往埃斯佩兰斯角。当军舰通过铁底湾时，通过磁性罗盘的指针不停乱摆，可判断出海底有大量沉没的军舰。这似乎意味着这里就是敌舰的葬身之处，敌人就要失败了。此时，瓜岛上吹来的阵阵凉风也不再像过去那样弥漫着热带植物腐烂所产生的令人作呕的恶臭，而是散发着金银花的香味——这可是从来没有过的，所以军舰上的很多人都认为这是一种吉兆——胜利在望的预兆。
当美舰队从萨沃岛北水道进入铁底湾时，被日军桥本分队发现，日军便从后追赶。李少将推算日军将在23时左右到来，就率领美舰队绕着萨沃岛巡逻，严阵以待。当从萨沃岛东南转向西面航行时，李少将的旗舰“华盛顿”号的雷达发现了日军桥本分队，李随即下令向西转舵，横在日军的航线上，作好迎战准备。桥本分队分两路发起了攻击，一路是“川”号轻巡洋舰和“敷波”号驱逐舰，从萨沃岛东面进攻；另一路是“绫波”号驱逐舰，从萨沃岛西面发动偷袭。
日军还以为美军舰队不过是巡洋舰和驱逐舰组成的，“川内”号自不量力向美舰逼近，直到美军战舰列的重炮的炮弹落在日舰旁边掀起巨大的水柱，桥本这才意识到美军根本不是巡洋舰，而是强大的战列舰。桥本一面向近藤报告，一面下令施放烟幕，带着3艘日舰急速撤退。而走在后面的“绫波”号就没那么幸运了，美军通过雷达早已发现了它的行动，迅速转移火力，对它进行集中射击，“绫波”号接连中弹，引起两次爆炸后沉没。
这时，日军木村编队的5艘军舰也从萨沃岛西侧驶来。这5艘日舰紧靠着萨沃岛航行，巧妙隐蔽在萨沃岛的雷达回波中，没被美军雷达及时发现。接近美舰时突然开火，并发射鱼雷。美军前卫的4艘驱逐舰被打了个措手不及，还来不及做出反应，“沃尔克”号和“普雷斯顿”号就被击沉，“格温”号和“本哈姆”号则受到重创，失去战斗力。在驱逐舰后面的战列舰“华盛顿”号向左转向，“南达科他”号向右转向，以避开前面失去控制的驱逐舰。这就使美军的2艘战列舰在无奈中分散开，陷入各自为战的被动局面。
原本近藤以为桥本和木村两支分队对付美军的巡洋舰和驱逐舰编队是绰绰有余的，所以自己率领本队和另外2艘驱逐舰在萨沃岛西北巡航，全力准备炮击机场而并不是投入眼前的海战。但当他得到发现美军战列舰的报告后，急忙赶来参战。他抓住“南达科他”号电路发生故障、炮塔失去动力的机会，全力开火，把“南达科他”的上层建筑打得面目全非，不得不向西南撤退。
这样，李就剩下了旗舰“华盛顿”号一艘军舰。尽管以寡敌众，但李毫不畏惧，凭借着性能优异的雷达，“华盛顿”号准确测定了日舰的位置。随即在雷达指引下实施了精确射击，日军“雾岛”号战列舰在短短7分钟里就被击中9发重炮炮弹和40发127毫米炮弹，船舱多处起火，舵机失灵，很快丧失了战斗力。
“华盛顿”号在以全部406毫米主炮和部分127毫米副炮轰击“雾岛”号的同时，还以部分127毫米副炮轰击其他日舰，日军重巡洋舰“爱宕”号和“高雄”号都被击伤。为了把“南达科他”号附近的日舰引开，李指挥“华盛顿”号先向西北航行。近藤见美舰炮火非常凶猛难以取得胜利，不得不放弃炮击机场的计划，于15日凌晨3时下令施放烟幕退出战斗。“雾岛”因为舵机失灵，无法跟随近藤撤退，又担心天亮后遭到美军飞机的攻击，就在15日凌晨打开海底阀自沉。日军的“朝云”号驱逐舰也因伤势太重而沉没。
至此，断断续续进行了3天的海战才告结束。
在这场持续三天的激烈海战中，美军共沉重巡洋舰2艘。驱逐舰6艘，伤战列舰1艘、巡洋舰2艘、驱逐舰4艘，顺利向瓜岛运上6000人的部队以及重装备和给养。日军沉战列舰2艘、重巡洋舰1艘、驱逐舰4艘、运输船10艘，重创运输船1艘，伤巡洋舰6艘、驱逐舰3艘，计划运送的1．35万人和1万吨物资仅有2000人和5吨物资运上瓜岛。
这是双方争夺瓜岛过程中一次决定性的海战，双方主要目的都是向瓜岛运送援兵和物资，并阻止对方的增援。在海战中，美军的运输比较顺利完成了，日军不仅付出了很大代价，而且所运输人员的85％和物资的99％都损失了，增援企图再次落空。而且通过这次海战，美军获得了瓜岛海域的制海权，加上瓜岛地区的制空权早已为美军所掌握，而日军的联合舰队又在海战中损失巨大，山本认为元气大伤的海军再也无法承受以如此巨大的代价去支援陆军的作战了。从此以后，山本不再派巡洋舰以上的水面舰只前往瓜岛，只使用驱逐舰利用夜间运送小量人员与物资，从而加剧了瓜岛上日军的困难处境。
美军则正好相反，在海战结束的第二天，即11月16日又将原在新几内亚的一批部队送上瓜岛，大大加强了瓜岛美军的力量，范德格里夫特认为胜利已经在握了！
瓜岛海战是一个决定性的转折。对美军来说，这次海战，是通往胜利的起点。
就在这同一时期，11月3日，在非洲战场，德国非洲军团溃退；11月8日，美国军队进入摩洛哥；11月13日，苏军收复托布鲁克；11月19日，苏军把德军从斯大林格勒最后一个街区赶了出去。
11月17日，美国罗斯福总统在纽约宣布：“在过去的两周，捷报频传，这次战争的转折点终于来到了。”
