9日凌晨1时30分，日舰再度提高航速。这时日本山川中将已经形成了最后的作战决心：主要目标是美运输船，而掩护登陆场的美巡洋舰是最危险的力量，在攻击美运输船之前，必须先消灭美巡洋舰。鉴于海区狭窄，夜里能见度较差，不利于全舰队打堂堂之阵，于是山川下令各舰自行指挥，各自为战。
“右舷9度，重巡洋舰3艘，向左前进。”“鸟海”号舰桥内传来了了望员的喊声。这正是美军主力，前面的是重巡洋舰“堪培拉”号，后面的是重巡洋舰“芝加哥”号，航行在最外面的是驱逐舰“帕特森”号。
“鸟海”号重巡洋舰舰长早川大佐冲山川中将狡黠地一笑，接着转向话筒：“朝右舷发射鱼雷！——放！”
航行在最外面的是驱逐舰“帕特森”号，首先发现了日舰队，它当即用无线电发出警报：“警报——警报，未判明舰只正在进港！”但为时已经太晚，一架日本侦察机凌空投下了照明弹，把美军战舰“芝加哥”号和澳舰“堪培拉”号的舰身照得一清二楚。
“照射！舰炮射击开始！”舰桥中的早川大佐一声令下，“鸟海”号上的探照灯突然亮起，并捕捉住了航行中的美军舰队中的“堪培拉”号。霎时间，“鸟海”号上的10门主炮同时开火。
就在这时，“堪培拉”号发现了一条直驶过来的雷迹，船长哥丁上校还以为是潜水艇发射的，高声叫道：“左满舵！”在海面疾驰而来的雷迹，发出闪亮的夜光，在黑暗中显得如此的耀眼。“堪培拉”号舰身急转，可是迟了一步。只听得“轰”的一声巨响，在舰的中央部位升起一股巨大的水柱。一群人被抛到空中。随着又是一声爆炸，舰身突然向左倾斜。哥丁舰长此时仍认为是潜艇攻击，想到后面还有“芝加哥”号救援，对该舰的受伤程度并不怎么在意。然而，就在这时，从左侧黑暗中，连续发出闪光，并传来巨大的炮击声，他这才意识到日本的舰队就在附近。
“左舷炮战。快！快！”哥丁舰长立即对着通讯话筒高声大喊。
可是当主炮正向左旋转时，日舰射击的炮弹已呼啸而来，瞬间就有24发炮弹打在“堪培拉”号的船舷上。当“堪培拉”号顽强地回击了两条鱼雷和几发炮弹后，船上的主机就不能转动了，大火蔓延到整个甲板上，甲板上到处都是倒毙的尸体，舰长也被击毙。一些伤重而生命垂危的水兵仍在挣扎着把烈火烤得发热的炸弹推到海里去，但“堪培拉”号已经不克救药，最后还是在几个小时后沉入了大海。
跟随在“堪培拉”号后面的“芝加哥”号也没有交上好运，舰首被鱼雷击中，爆炸掀起的水柱使前甲板涌满了海水。同时该舰前桅又被日军巡洋舰发射的一发炮弹击中，舰面弹片横飞，死伤惨重。“芝加哥”号重巡洋舰一弹未发，就脱离编队撤出了战斗。“帕特森”号驱逐舰也被日舰击伤。日舰队初战告捷，于1时50分撤离战斗北上。
