美军当时只有第39特混舰队能够阻止大森编队的来袭。然而,这个编队已经进行了两次对岸射击,长达16小时,舰员已疲惫不堪。但是,哈尔西还是不得不命令这一编队前往奥古斯塔皇后湾去阻击敌人。当时,第39特混舰队是盟军在南太平洋的一支重要水面舰艇部队。因此,梅里尔将军不得不慎重行事。鉴于有遭到全军覆没的危险,他未敢使用这几艘颇感缺乏的巡洋舰去进行海战,仅仅以巡洋舰来阻止日军对登陆地域的袭击。经过反复研究,梅里尔将军制定了如下的作战计划:派遣驱逐舰大队从日军编队的翼侧实施鱼雷攻击,他亲率4艘轻巡洋舰封锁奥古斯塔皇后湾的入口,以152毫米舰炮连续进行射击,并同时进行必要的编队运动,不断改变航向,逼迫日舰逐渐退到较远的海域。幸好,隶属于梅里尔将军的第45驱逐舰大队指挥官阿利&iddot;伯克(这时已晋升海军上校),已随他共同战斗过一个时期,在战术上配合得比较默契。可是,梅里尔所属的第46驱逐舰大队(辖驱逐舰4艘)却是一个新组建的单位,其指挥官是伯纳德&iddot;奥斯汀海军中校,还未来得及进行编队训练。
11月2日2时27分,第39特混舰队分为3个大队,各大队以单纵345度航向,向奥古斯塔皇后湾方向航进,各队的前导舰成方位队形。当该舰队驶抵这个海湾附近时,旗舰&ldo;蒙特培利尔&rdo;号的雷达发现日军编队从西北方向驶来,距离18海里。于是,梅里尔改变航向,朝正北航行,变成夜战时常用的单纵队队形。航进在最前面的伯克大队通过雷达发现日军编队后,立即向左转向,伯克率领第45驱逐舰大队前去袭击北面的几艘日舰。这时,几艘巡洋舰向右一齐转向,梅里尔命令第46驱逐舰大队前去袭击南面的几艘日舰。
第45驱逐舰大队从日舰&ldo;川内&rdo;号的左前方5000米处发射半数鱼雷后,一齐转向撤离。由于日舰改变航向进行规避,美舰发射的鱼雷无一命中目标。&ldo;川内&rdo;号发现美军的巡洋舰和美军已发射鱼雷后,立即报告大森。大森命令所属部队转向南进,以便变为战斗队形。
&ldo;我队发射的鱼雷正在航行中。&rdo;
伯克发射鱼雷后,立即作了报告。于是,梅里尔开始计算鱼雷与目标相遇的时间(6分钟)。但在这时,战斗情报中心报告:敌舰航向已变。梅里尔则立即命令几艘巡洋舰开始射击。48门152毫米舰炮立即开火,集中轰击北面的几艘日舰。日舰虽也进行了还击,但其弹着多在美巡洋舰的斜前方,而且都是近弹。日军有两艘驱逐舰为了规避美舰的152毫米炮弹而互相碰撞。&ldo;川内&rdo;号起火,因舵机失灵而出列。美军在这次海战中旗开得胜,但是,第45驱逐舰大队在转向撤离时相互失去了联系。要用一个小时的时间,伯克才能把舰只重新集合起来,再次投入战斗。
由于大森改变了航向,第39特混舰队也于2时51分把自己的航向改变为200度,以缩短敌我之间的距离。显然这时还不能命令第46驱逐舰大队实施突出,因为梅里尔的几艘巡洋舰已向西南急进,第46驱逐舰大队正好位于巡洋舰的射向上。此外,&ldo;富特&rdo;号驱逐舰掉队,当第46驱逐舰大队转而向巡洋舰靠拢时,&ldo;富特&rdo;号仍未追上队伍。后来,&ldo;富特&rdo;号急于向西追赶队伍,则从巡洋舰的正前方横穿过去,&ldo;丹佛&rdo;号巡洋舰立即下令&ldo;左满舵&rdo;这才避免了一场碰撞事故。3时2分,几艘巡洋舰改变航向,向北航进。这样,既可缩短与日舰&ldo;川内&rdo;号之间的距离,又可使第46驱逐舰大队离开巡洋舰的射向。恰在这时,梅里尔率的巡洋舰又不得不下令&ldo;右满舵&rdo;,以便避开一艘操纵失灵的舰只。这次遇上的还是那艘&ldo;富特&rdo;号驱逐舰。该舰向西航行时被&ldo;川内&rdo;号发射的鱼雷击中,舰尾被炸毁。
3时10分,梅里尔率领巡洋舰再次向南航进,这样,就作了一个180度的大转弯。在隆隆的炮声中,梅里尔用超短波报话机下达了命令。为了不被日军击中,他指挥巡洋舰大队巧妙地进行曲折运动,适时地增速或减速。因此,日军舰炮必须不断地修正距离和方向的偏差。在30分钟的急剧规避运动中,日军射来的炮弹以及鱼雷都被美军避开了。
大森同梅里尔一样,为了发扬203毫米舰炮的火力,也希望进行远距离的炮战。但是,他难以确定美舰的准确位置。于是,大森使用左舵进行旋回运动,因而使协同作战的&ldo;阿贺野&rdo;号等军舰陷入混乱。大森又率重巡洋舰向南航行。这时,美舰的152毫米炮弹在日舰的周围激起一个又一个的水柱。随&ldo;阿贺野&rdo;号等前进的一艘驱逐舰,在规避运动中与&ldo;妙高&rdo;号重巡洋舰相撞,该驱逐舰的舰首被撞毁。后来,&ldo;羽黑&rdo;号重巡洋舰又被击中6发炮弹,但其中有4发未炸。这时,日军飞机飞抵战场上空,投下红白两色的航空照明弹,与低云相映,并和饱射照明弹交织在一起,把这个暗无星辰的黑夜照得发亮,令人毛骨悚然。这对美军发挥其雷达的优势是很不利的。
大森终于发现了梅里尔的几艘巡洋舰,便率领其编队向东南航进,以缩短与美舰之间的距离。&ldo;妙高&rdo;号和&ldo;羽黑&rdo;号重巡洋舰发射鱼雷,并以203毫米舰炮进行数次齐射,有3发炮弹击中&ldo;丹佛&rdo;号轻巡洋舰。