8月19日，美軍的一個潛伏偵察哨發現了日軍。不幸的是，這名叫沃查的上士隨即被日軍捕獲，遭到了嚴刑拷打，但他毫不屈服，什麼也沒說。晚上乘日軍不備他咬斷了繩子，帶著滿身的傷痕逃回美軍陣地報告。
8月20日，日軍的一支40人的偵察小隊與美軍的一支巡邏隊遭遇，美軍打死了31名日軍，還繳獲了一張已經標注好的地圖。
根據這一地圖，範德格裏夫特發現日軍已經了解到美軍防線上的薄弱環節。於是，他立即進行了調整，做好了充分準備，在日軍可能的進攻地點架設了帶刺的鐵絲網，布置了機槍火力點。
8月21日淩晨1時30分，一木支隊的第一批500名士兵向守衛在特納魯河口的美軍發起了猛烈的攻擊。在迫擊炮、機槍和自動槍聲以及日軍刺耳的狂叫聲中，美軍依托防禦工事進行了堅決抗擊。潮水一般湧來的日軍士兵被美軍密集的火力打得人仰馬翻，日軍在美軍陣地前留下一大堆屍體之後敗退下去。不久，第二攻擊波又衝了上來，仍然沒有一個士兵能衝到美軍陣地的鐵絲網前，留下一堆屍體後又再次敗下陣去。
看到倒在陣地前的日本傷兵呼天喊地的悲慘景象，美軍本著人道主義精神派出了醫護人員前往救助。想不到日軍傷兵竟拉響手榴彈，與醫護人員同歸於盡。
範德格裏夫特聞訊勃然大怒，下令對投降者不予生命保障，並出動輕型坦克去徹底消滅日軍殘部。5輛輕型坦克向日軍盤踞的叢林衝去，用37毫米大炮和機槍逐一消滅殘餘日軍。身負重傷的一木在坦克開來之前，在海灘上燒毀了軍旗，然後剖腹自殺。其殘部僅剩約數十人退往叢林。
登陸瓜島的日軍被全殲的消息傳到拉包爾，剛剛趕到的聯合艦隊大吃一驚。經過陸海軍雙方緊急協商，決定再派1500名援兵登陸瓜島，力爭8月底以前把美軍趕入大海。聯合艦隊則在海上實施援助，伺機與美航空母艦特混艦隊進行決戰。
日本艦隊傾巢而出，擁有戰列艦“陸奧號”、“比睿號”、“霧島號”3艘，以及若幹艘巡洋艦和驅逐艦，大小艦船共40餘艘，護送載運一木支隊、川口支隊的4艘運輸船，另有1000多架飛機，還有9艘潛艇。
8月21日，朝暉煦麗，艦隊劈開黎明的海麵，駛離特魯克軍港。
8月23日，龐大的艦隊集結在所羅門群島東北200海裏的洋麵上。山本將其兵力分成5個戰術群：南雲指揮的航空母艦主力群；以戰列艦“比睿號”、“霧島號”為核心的前衛群；以“龍驤號”輕型航空母艦作誘餌的牽製群。
近藤指揮由“千歲號”水上母艦和15艘戰艦組成的先遣隊，9艘潛艇組成的偵察群，以及在後方跟進的瓜島增援群。
山本的意圖是以身輕力薄的老式航空母艦“龍驤號”為“誘餌”，吸引所有的美艦載機，一旦上當的美機油盡返航時，迅速出動南雲航空母艦上的全部飛機，一舉擊沉美航空母艦。然後再乘勝揮師向瓜島挺進，徹底消滅美海軍陸戰隊，攻占瓜島機場。
山本的一舉一動都沒有逃出美軍偵察機和澳大利亞海岸觀察哨的眼睛。早在8月20日，美偵察機便已發回報告：“日軍已在特魯克地區集結了一支龐大的艦隊。”
根據這一情況，美南太平洋戰區司令戈姆利海軍中將命令弗萊徹率領的艦隊重新編成第六十一特混編隊，下轄由弗萊徹親自指揮的以航空母艦“薩拉托加號”為主，外加巡洋艦“明尼阿波利斯號”、“新奧爾良號”和5艘驅逐艦組成的第十一特混編隊；由金凱德少將指揮的由航空母艦“企業號”、巡洋艦“波特蘭號”、“阿特蘭塔號”和6艘驅逐艦組成的第十六特混編隊；由海軍少將諾伊斯指揮的以航空母艦“大黃蜂號”為核心的第十八特混編隊。
此外，美海軍作戰部長歐內斯特·金上將覺察到一場惡戰即將爆發，命令剛剛完工下水的“華盛頓號”、“南達科他號”兩艘戰列艦連同“朱諾號”防空巡洋艦和護航驅逐艦，從大西洋取道巴拿馬運河開入太平洋。
本來，一支小小的美國海軍陸戰隊對遙遠的南太平洋海島上的一座叢林機場進行突然襲擊，是一個無足輕重的軍事行動，但現在卻發展成為一場決定太平洋戰爭前途的宏大海戰了。
8月23日，由田中率領的瓜島增援群由特魯克海軍基地起航南下。同時，在所羅門群島警戒的潛艇在馬萊塔島東南海域發現美特混艦隊。南雲的主力群遂以戰鬥序列急速南下，企圖尋機殲滅美國艦隊。
8月24日上午，大霧籠罩著海麵，日艦隊在霧氣中時隱時現。9時，日艦隊的陣位是：田中的增援群位於瓜島以北250海裏處；南雲指揮的“翔鶴號”、“瑞鶴號”航空母艦在田中東麵40海裏的方位；以“龍驤號”為主的牽製群在南雲部隊的右前方。
9時5分，一架美軍水上飛機發現了山本精心設計的“誘餌”——“龍驤號”輕型航空母艦。這是日本在1923年建造下水的最早的一艘航空母艦，排水量僅8000噸。美偵察機發現目標後立即發回報告，但弗萊徹不相信：昨天3批美機都未發現日艦隊，難道今天它就會從海底冒出來嗎？
直至下午13時，美艦雷達發現了由“龍驤號”起飛的轟炸機前去轟炸瓜島亨德森機場，他才下令“薩拉托加號”航空母艦上的30架轟炸機和8架魚雷機前往攻擊“龍驤號”。
由於此時日本的軍艦尚未裝備雷達，直至38架美機飛臨“龍驤號”上空，“龍驤號”才發現美機來襲。
艦長一聲令下，“龍驤號”轉向逆風行進，準備讓自己的飛機升空，但此時也正是航空母艦最容易受到攻擊的時候，美機抓往這一有利時機從高空俯衝而下，霎時就有4枚炸彈在“龍驤號”的甲板上爆炸。與此同時，8架魚雷機也迅速從左右兩側同時進入攻擊位置，施放了魚雷，躲避不及的“龍驤號”又中了一枚魚雷。當晚20時，“龍驤號”沉入大海。
當“龍驤號”作為山本計劃中的犧牲品受到美機如狼似虎般的攻擊時，南雲忍不住心中暗暗高興。他認為美機已被引開，向美航空母艦實施主要突擊的時機已經到來。
恰在這時，“築摩號”巡洋艦派出的偵察機又發回了發現美艦編隊的報告，南雲當即下定決心，傾其全力進行攻擊。下午13時，他首先從“翔鶴號”派出27架轟炸機和10架戰鬥機。1小時後，又從“瑞鶴號”派出了27架轟炸機和9架戰鬥機。
16時2分，美“企業號”航母上的雷達發現了一群空中目標，這正是南雲派出的前來攻擊美艦的日機。
弗萊徹急忙下令甲板上待命的飛機升空進行攔截，使在空中警戒的戰鬥機增加到53架。同時，“企業號”上僅存的11架轟炸機和7架魚雷機也與“薩拉托加號”上的5架魚雷機和2架轟炸機合兵一處，前往攻擊日艦。至此，弗萊徹已把他的全部家底亮了出來。
雙方機群在距離“企業號”25海裏處的濃密雲層中擺開陣勢，周圍幾海裏的天空中充滿了空戰時那種特有的尖厲刺耳的喧囂聲。不久，攻擊“龍驤號”後返航的俯衝轟炸機和魚雷機也趕來投入了戰鬥。
由於美軍艦炮的攔阻射擊相當厲害，加上日本飛行員的素質比突襲珍珠港時下降了許多，所以魚雷機在進入攻擊位置之前均被擊毀，隻有少數幾架轟炸機得以突破防線，進行攻擊。
雖然數量不多，但日機單機魚貫而入，每隔7秒鍾就有一架不顧死活地進行俯衝轟炸。“企業號”艦長戴維斯上校拚命用大舵角急轉，躲避天空中落下的炸彈，但還是難以躲過被擊中的命運。
16時41分，美航空母艦“企業號”被1枚炸彈擊中，35人當場死亡並引起大火；1分鍾後，裝有瞬發雷管的第二枚炸彈命中艦尾，橙色火花四濺，38人頓時血肉橫飛；第三枚炸彈炸掉了起飛信號台，39人喪生。
為了避免與擅長夜戰的日軍進行夜戰，弗萊徹少將急忙率艦隊南撤，海麵上隻剩下“企業號”無依無靠，成了等待攻擊的目標。就在這時，“企業號”的雷達又發現了一批日本飛機。
這是從“瑞鶴號”上起飛的第二攻擊波。
然而，本來可以為南雲贏得勝利、為日本在中途島的失敗報仇雪恨的這批飛機，卻犯了過早改變航向的錯誤。它們從“企業號”以西約50海裏的地方溜了過去，然後放棄追蹤目標一無所獲地返航回撤。
日機離去後，“企業號”進行了緊急搶修，僅用1小時就撲滅了大火，艦身恢複平衡，航速達到24節，能夠接收飛機著艦。
此次海戰，日美雙方出動的主要兵力對比為：航母3∶2，水上飛機母艦1∶1，戰列艦3∶1，巡洋艦16∶4，驅逐艦30∶11，日軍兵力幾乎比美軍多一半。
然而，日軍被擊沉航母、巡洋艦、驅逐艦各1艘，被擊傷水上飛機母艦、驅逐艦各1艘，損失飛機90架。美軍僅1艘航母被擊傷，損失飛機17架。日軍不僅沒有實現殲滅美軍航母編隊的企圖，而且向瓜島增援的目的也沒有達到。可以說日軍在這次海戰中是徹底失利的。
美軍成功地打退了日軍的反攻，駐守在瓜島的仙人掌飛行隊也證明了自己在攻擊敵艦方麵的價值。
經過這次勝利，美軍海軍能夠再次向這裏運送物資了。不過，問題還遠沒有解決。日軍仍然進行著每天例行的轟炸，目標是亨德森機場以及陸戰隊的灘頭陣地。
與此同時，駐守海島的部隊開始遭受疾病的侵襲而大批減員；痢疾和瘧疾似乎成了比日軍更加可怕的敵人。
範德格裏夫特將軍也開始懷疑自己的軍隊還能支撐多久，因為有一件事他非常清楚，那就是日本人肯定會想方設法地奪回這座小島以及島上的機場。