這時日軍偵察機投下紅白兩色照明彈，正巧在華夏軍艦上空有大片雲層，成為天然的反光幕布，將海南部隊4艘巡洋艦照得一清二楚，大森終於確定了華夏軍艦的位置，立即指揮編隊轉向160度，全速*近盟軍軍艦，當距離縮短到萬米時，大森下令發射魚雷，並以艦炮猛烈轟擊。
此時mg軍艦剛完成180度轉向，原來的殿後艦“丹佛”號變成前衛，距離日艦最近，因此遭到的攻擊也最為集中，被三發203毫米炮彈命中，好在全都沒有爆炸，但炮彈造成艦體破裂，大量海水湧入，航速銳減，從而影響了整個編隊的航行速度。梅里爾見勢不妙，便下令左轉並施放煙霧。大森見到mg軍艦附近有巨大水柱騰空而起，接著mg軍艦又不見蹤影，以為盟軍部隊巡洋艦已全被魚雷擊沉，加上為了在拂曉前駛出海南部隊岸基航空兵的作戰範圍，便於3時40分指揮艦隊向拉包爾返航。實際上巨大的水柱是日艦炮彈落海濺起的，而mg軍艦消失則是隱蔽在煙霧之中。
而奧斯汀指揮的第四十六分隊奉命攻擊日軍艦隊右翼，但由於該分隊處在整個海南部隊艦隊的最後，距離較遠，還沒有到達發射魚雷的陣位，雙方炮戰就已經開始，這樣該分隊不僅沒有能發射魚雷，而且夾在雙方巡洋艦之間，遭到敵我雙方的火力夾擊，“富特”號驅逐艦起先因機械故障而掉隊，就在修復故障追趕大隊主力時竟撞上日軍發射的魚雷，艦尾被炸燬，喪失機動能力，而且還停在巡洋艦的前方，影響了巡洋艦的機動和戰鬥。其他3艘驅逐艦既要規避日艦的炮火，又要躲開己方巡洋艦的攻擊，不得不進行一系列複雜機動，結果“斯彭特”號和“撒切爾”號發生了碰撞，幸好只是上層建築受損，航速未受影響。在猛烈炮戰中，“斯彭特”號水線部位中彈，海水湧入燃油艙，航速下降，但仍繼續接敵，並在日軍2艘巡洋艦前方5500米佔領了發射魚雷的最佳陣位，可是戰鬥情報中心堅持認為這是友艦，奧斯汀只得放棄攻擊，向北尋找戰機。很快發現了受傷的“川內”號，在其附近警戒的“白露”號和“五月雨”號驅逐艦見華夏軍艦*近，急忙撤退，華夏軍艦先向“川內”號發射八條魚雷，兩雷命中，接著再追擊2艘驅逐艦，雙方以魚雷、艦炮相互攻擊，均無戰果。“斯彭特”號因海水湧入燃油艙，航速大受影響，眼看無法追上日艦，奧斯汀只好率艦返回。
mg部隊伯克分隊在發射完魚雷後，4艘驅逐艦就在夜暗中失散，伯克足足花了一小時才將各艦重新集結起來，然後重返戰場，首先發現的是已遭重創的“川內”號，隨即開炮將其擊沉。接著雷達又發現西北方向有多個目標，那既有奧斯汀率領的3艘驅逐艦，又有日艦“白露”號和“五月雨”號驅逐艦。伯克率隊全速追擊，不久就發現這些目標相互炮擊，伯克覺得疑惑，便用報話機呼叫奧斯汀：“我準備向6400米外的目標開火！”奧斯汀急忙回答：“別開炮！那是我們！”」
隨後奧斯汀分隊發現了日軍撞傷的“初風”號驅逐艦，立即以艦炮轟擊，使其多處起火，接著伯克分隊趕來助戰，終將其擊沉。
梅里爾預計天亮後日軍將會出動大批飛機前來攻擊，便於凌晨下令停止追擊返航。因“富特”號已經失去航行能力，梅里爾就派“克拉克斯頓”號拖帶，“查爾斯”號和“撒切爾”號護航。
8時許，日軍18架轟炸機和80架戰鬥機飛來，梅里爾早有準備，已指揮各艦排成環形防空隊形，以各種口徑火炮組成灼烈火力網，總共擊落17架日機。而日機投下的炸彈只有兩彈落在“蒙特培利爾”號飛機彈射器上。
日機重新編隊正準備實施第二次攻擊，海南部隊擔負空中掩護的16架戰鬥機趕到，擊落8架日機，並將其餘日機驅散。這批日機剛返回拉包爾，就遭到海南部隊西南太平洋戰區第五航空隊的大規模空襲，損失慘重，從而失去了發動第三次空襲的實力。
梅里爾編隊返航途中又奉命掩護4艘第二次進入灘頭的運輸船，至3日9時將這4艘運輸船轉交給從瓜島趕來的護航軍艦，然後全速返回佛羅里達島錨地，“富特”號等4艦則於4日回到基地。
大森率領日軍艦隊於2日陸續回到拉包爾。被擊沉的“川內”號上的伊集院海軍少將和75名艦員被“呂－104號”潛艇救起，於5日回到拉包爾。另51名艦員則乘救生艇登上新愛爾蘭島。
此次海戰，日軍稱為“布干維爾島海戰”，盟軍部隊則稱之“奧古斯都皇后灣海戰”，海戰中日軍巡洋艦和驅逐艦各1艘被擊沉，傷巡洋艦1艘、驅逐艦2艘。海南部隊傷巡洋艦1艘，驅逐艦3艘。因為在海戰中拙劣指揮，大森隨即被撤職。
mg部隊第三十九特混編隊出色完成了阻擊日軍艦隊保護灘頭的任務，而且在海戰中表現相當出彩，戰術上不再像以往那樣，將驅逐艦束縛在巡洋艦編隊中，充當巡洋艦的貼身保鏢，而是單獨前出，給予較大的行動自由，特別是在巡洋艦炮擊前實施魚雷攻擊，取得比較明顯的效果。此外海南部隊巡洋艦在炮火瀰漫的夜暗中，透過報話機協調，能一再進行編隊180度急轉，並始終保持著良好的隊形，反映出海南部隊的編隊運動已有長足進步。海南部隊作戰中也暴露出射擊精度差的缺點，4艘巡洋艦共發射4500發152毫米炮彈，僅命中10發，命中率僅為％！驅逐艦發射的52條魚雷，也只命中2條，命中率％，而且由於使用雷達指引艦炮射擊，常常不能合理分配攻擊目標，往往過於集中最近的目標。但瑕不掩玉，無庸質疑，海南部隊的夜戰能力已大為提高。
11月7日，日軍開始反擊，第六師團仍是採取華夏戰場的集團衝鋒戰術，成為海南部隊發揚優勢火力的絕佳機會，遭到了慘重的傷亡，被迫停止反擊。
日軍不甘心失敗，第六師團竟花了三個月拖著重炮從布干維爾島的縱深穿越茂密的熱帶叢林，運抵登陸場附近，準備在下次反攻發揮作用。
12月海南部隊三個陸軍步兵師接替海軍陸戰隊，進一步加強了登陸場的防禦，並建成三個小型機場，起降戰鬥機為地面部隊提供空中火力支援。
1943年，3月9日，日軍第六師團儘管補給相當困難，仍拼盡全力組織“決死反擊”，尚存的萬名士兵傾巢而出，但在海南部隊鋪天蓋地的海陸空絕對優勢火力轟擊下，死傷枕籍，僅3月9日一天就有7000人在炮火下喪生，幾乎佔參戰部隊的50％！激戰持續了將近兩週，彈盡糧絕、損兵折將的第六師團不得不接受殘酷的現實，再次帶著慘敗撤至島北。
3月20日，海南部隊乘勝攻佔新愛爾蘭島附近的埃米魯島，索羅門群島戰役劃上了圓滿的句號。
日軍 ...
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