發現日軍編隊後的幾分鐘裏，美軍編隊沒有立即開火，一個問題困擾着戰鬥情報中心專家。因爲科隆班加拉島上高聳的山坡回波掩蓋了目標，他們無法判斷面前究竟有多少艘敵艦、分別是什麼級、如何配置和航向如何，也無法區分第2運輸隊的4艘驅逐艦。此時，一切就看指揮官的臨場判斷了。1時49分，安斯沃思少將斷言有2隊敵艦，總數7到9艘。爲了保持攻擊最有利的陣位，他命令航向向右調整60度，恢復到302°。現在距離11000碼。他必須以最快的速度調整，因爲先敵壓制十分重要，他不想出現類似上一次“斯特朗”號那樣的情況。同時，安斯沃思決定在中等距離上用雷達引導火炮射擊。現在雷達屏幕顯示，第2羣的4個目標爲大船，因此他命令“傑金斯”號和“拉德福特”號與巡洋艦一起射擊它們，而“尼古拉斯”號和“奧邦農”號對付不遠的目標。1時54分他下令開火。當驅逐隊指揮麥金納尼(Mclnerney)上校詢問使用什麼武器，旗艦回答：“使用一切武器，但火炮優先。”
在下令開火後，安斯沃思少將再一次修正了他的命令，因爲他認爲在相對接近美軍的那支艦隊後方1萬碼處的大船(第2運輸隊)並不存在。他下令巡洋艦全部火炮集中射擊距離較近的那支編隊。“跟隨前艦，同時轉向與敵艦反向。”1時56分，距離7000碼。本該射擊了，但是“海倫娜”號卻沒有找到目標。1分鐘後，當秋山的艦船清晰地出現在左舷6800碼處時，第一炮打響了。這些軍艦，尤其是“海倫娜”號噴射出刺目絢爛的火焰。這是因爲“海倫娜”號上沒有無焰火藥，而其他軍艦的無焰彈也只夠最初的3到4次齊射所需。
美軍開火時，日本驅逐艦正位於一個極佳的瞄準點，但是“新月”號並沒能及時發射致命的魚雷，美軍艦隻的第一次齊射就徹底壓制了它。6英寸炮彈雨點般落在它的軀體上，擊毀了舵機傳動設備，它很快就劇烈燃燒着，搖搖晃晃離開隊列。不過對日軍來說更爲糟糕的是，美軍的炮彈摧毀了“新月”號的艦橋，正在那裏指揮戰鬥的秋山少將和參謀人員都魂歸九段阪。現在日軍三支分隊各自爲戰了。2時12分，在美軍開火僅15分鐘後，“新月”號快速沉沒――極少數人獲救。未遭到射擊的“涼風”號和“穀風”號進行了日軍編隊唯一的反擊――朝美軍炮口閃光處發射了16枚49節的長矛魚雷。然後兩艦在美軍的彈雨中，一面施放煙幕，一面向西北撤退。
與巡洋艦不同，美軍驅逐艦在好長一段時間保持沉默。其中，老艦“奧邦農”號上經驗豐富的艦長唐納德J麥克唐納(Donald J.MacDonald)認爲，在目前的情況下，最好是象瓜島戰鬥中的那樣，採取魚雷攻擊而不是使用火炮。儘管他的炮術長提出完美的炮擊方案，他仍然不予批准，直到他確定喪失了魚雷攻擊機會，才放棄固執的想法。領先很遠的“尼古拉斯”號和緊跟在巡洋艦後面的“傑金斯”號也面臨同樣的問題，所以當魚雷未發射時，火炮並沒有開火。而“拉德福特”號則一直被“傑金斯”號擋住了視界，以至於該艦一直無法開火。
假如按照過去純粹計算髮射金屬的重量，安斯沃思少將的巡洋艦贏得了戰鬥的前5分鐘。有超過2500發6英寸炮彈向敵人傾瀉(美軍稱之爲“6英寸機關槍”)，而遭到的抵抗十分微弱。安斯沃思認爲“幾乎消滅”敵人艦隊，但這實際上是錯誤的。日本護衛隊的3艘驅逐艦中僅有“新月”號沉沒，其他的2艘受損輕微：“涼風”號的探照燈損壞，前炮塔喪失戰鬥能力，1座防空機關槍彈藥庫燃燒，船體有些破孔，3人死亡。“穀風”號損失更輕，一枚啞彈擊中錨鏈捲揚機艙，食品艙進水。兩艦都成功得擺脫了美軍的攻擊。
海倫娜的沉沒
當“涼風”號和“穀風”號離開，美軍炮火稀落時，日軍第2運輸隊的船隻出現在美國軍艦雷達屏幕上。它們的距離13000 碼以30節向北航行。2時03分，反應敏捷的安斯沃思少將命令編隊後退，取航向112°。這樣就可以奪取有利的戰術T字位。但是還沒等美艦的信號兵將信號發完，日軍的長矛魚雷殺到了。一貫幸運的“海倫娜”號成了不幸的犧牲品，在2時04分到2時07分的短短3分鐘裏，它被連續擊中了3枚長矛魚雷。第一枚從1、2號炮塔之間炸斷了炸斷了整整四分之一艦長的一段艦艏。水迅速涌進船體，使船體兩頭如摺疊一般。美軍艦隻立即離開該水域，在海倫娜第一次中雷時，安斯沃思就下令轉向。“聖路易斯”號艦長科林豐貝爾(Colin Campbell)下令向右大轉以避免與“海倫娜”號相撞，轉過一個大環，筆直得駛向東南東。
中雷時，在“海倫娜”號輪機室裏，輪機長查理斯估錰克中校(Charles O.Cook)正站在儀表前，眼睛迅速地從一個跳到另一個，耳朵聽着6英寸火炮射擊時壓抑的嗚嗚(whoomf-whoomf)聲。突然間，軍艦遭到了魚雷攻擊。庫克看了儀表，蒸氣壓力正常。攻擊不在他的B區。當他的電話兵詢問各個崗位情況時，附近遭到了第二次猛烈的攻擊。這枚魚雷在2號煙道下面很深處爆炸。儀表顯示蒸汽壓力迅速下降。正常照明已經喪失，僅有模糊的緊急照明設備開啓。後部輪機測試，但是沒有回答，輪機轉速迅速下降。老練的庫克並沒有驚慌，他沉着地面對危機，仔細分析問題出現的原因。這些問題顯示出魚雷命中前主機艙和3號鍋爐艙之間，艙室之間已經斷裂。他知道，這意味着4號鍋爐艙也進水。他詢問艦橋，發現電源也斷了。現在人的生命更重要，他命令打開裝甲艙門，藉助微弱的緊急照明，讓手下這羣黑人逃往甲板，僅留下6個人和他一起修理。接着是第3枚魚雷，距離第2枚擊中位置很近，船底象碎堅果殼般破裂。燃油噴到庫克和手下的臉上，他們聽見海水涌進了下面。必須馬上離開，當他們衝到第3層甲板，海水漫到了腳後跟。他們盡力想關上艙蓋，但是海水的壓力很大，他們藉助另一個梯子登上第2層甲板，上升的海水衝倒了庫克，但他抓住鋼環，沒被沖走。在這裏，他遇到美國海軍後備隊上尉羅伯特E(Robert E.Beisang)，他因爲沒接到棄艦命令而帶領部下堅守崗位。Beisang不相信自己的崗位已經浸泡在油中，直到渾身油污的庫克出現在他面前。他們簡要地交換意見。Beisang說無法通信，一個水兵指出隔艙已經進水到達眼睛的水平，他們立即通過扶梯向上轉移，到達主甲板的時候，發現船尾已經高高翹起，船體分成兩截。一些人們掉進油水之中，拼命祈禱不要起火。隨着“海倫娜”號的後半部分逐漸下沉，艦的前半部分所剩下的殘骸也開始下沉，艦首也高高翹起。艦長塞西爾(Cecil)喊到“棄艦!” 通信官受了重傷，兩度昏迷，他擔心祕密文件和密碼。他的助手將袋子整齊地拖到甲板，丟棄在那裏。雷達官丟棄了雷達零件。C.I.C.軍官監督放下救生筏，筏邊扒滿了手。艦長塞西爾最後離開。他遊過滿是油污的海面，登上最近的一艘救生筏。6分鐘後，“海倫娜”號折斷，消失在300尋深的海水裏，船艏漂浮海面。
