23时42分，日军瞭望哨隐约发现，科隆班加拉岛的背景中似乎有黑影晃动，仔细辨认竟是前来阻截的美军舰队。杉浦立即下令准备战斗。当一众水兵手忙脚乱进行准备时，瞭望哨已捕捉到了海面上疾驰而来的鱼雷航迹。因双方在高速接近，美军在5700米距离发射的鱼雷实际航行距离只有4000米，日舰实施紧急规避已来不及。“荻风”号先后被2条鱼雷命中，剧烈爆炸将2000吨的驱逐舰抬出水面一米多高，然后又重重地砸向水面，巨大的火光随着无数金属碎片与人体残肢漫天飞舞。“岚”号左转时接连被3条鱼雷命中，锅炉舱随即燃起大火。“江风”号同样挨了2条鱼雷，其中1条准确命中弹药舱，一系列殉爆将驱逐舰舰首炸得不知去向。日舰爆炸引燃的冲天大火一度使30公里之外库拉湾美军鱼雷艇上的水兵们认为，科隆班加拉岛的火山爆发了。
殿后的“时雨”号立即发起鱼雷反击。就在第8条鱼雷即将射出之时，却见3条白色雷迹朝驱逐舰舰首直冲过来，最近的已不足800米。坐镇该舰的第二十七驱逐舰分队司令官原为一大佐高喊“右满舵”，同时抓紧栏杆，膝盖几乎跪下。第一条鱼雷在舰首前20米擦过，第二条更近，第三条几乎肯定可以命中。原好像听见从舰首传来沉闷的声响，但不敢确定驱逐舰是否已被击中。“时雨”号原地进行了一整圈急速回转规避，海面上又有几条鱼雷从舰首30米开外划过。后来原为一回忆说，那是他一生中几乎窒息的两分钟。三大祥瑞之一的“时雨”号果真名不虚传，四个月后当它进入干船坞维护时发现，方向舵上有一个“两英尺宽的大洞”，一条美军鱼雷穿透了它却没有爆炸。侥幸逃过一劫的“时雨”号向右急转施放烟雾向西北撤退，准备脱离战场重新装雷杀回马枪。因美舰均在高速机动，“时雨”号射出的8条鱼雷悉数落空。
美军射出的24条鱼雷有8条命中目标，可惜命中“时雨”号的那条未能炸响。完成雷击的穆斯布鲁格迅疾率第一分队向东脱离，辛普森带领炮击分队转向西南疾进。在占据海战最有利的Ｔ字型阵位后辛普森下令开火，期间“斯塔克”号还寻隙射出了4条鱼雷。再次被1条鱼雷命中的“江风”号舰体折断，徐徐下沉。
此时美军第一分队也转舵南行，从东北方向对日舰开炮，日舰瞬间陷入来自西南和东北方向的交叉炮击。重伤的“荻风”号和“岚”号起初还能以舰炮进行还击，但很快被美军猛烈的炮火打得晕头转向，只能向四周盲目射击。穆斯布鲁格认为这2艘舰对己已构不成多大威胁，便令辛普森指挥第二分队继续轰击2艘日舰，自己率第一分队向西北航行，以截击可能出现的日军舰艇，防备敌军寻隙偷袭。
果然不出穆斯布鲁格所料，“时雨”号很快完成重装潜回战场，准备寻隙实施偷袭。此时“岚”号弹药舱中弹发生剧烈爆炸。原听到空中似乎有飞机轰鸣声，认为友舰正遭遇空袭，继续前进凶多吉少。同时他相信之前的那次鱼雷齐射已经击沉了1艘敌舰，于是命令舰长山上龟三郎少佐调头返航，于当天下午顺利返航拉包尔。
战场上美军第二分队的炮击仍在持续。在中途岛海战中残杀俘虏的“岚”号终于等来了报应之时，弹药库爆炸将包括舰长杉冈幸七中佐在内的50多名水兵炸上了天，军舰也在腾起了一团60米高的火球后开始下沉。早已失去动力的“荻风”号此前几分钟已经被美军炮火击沉。此时美军雷达屏幕上只剩下一片空荡荡的大海。凌晨1时，穆斯布鲁格下令第二分队负责打捞日军幸存者，自己率第一分队向图拉吉返航。
（正文）
美军向海上漂浮的日军士兵提供绳索和救生艇，但日军水手和士兵们拒绝援助，他们唱着歌一直到死去。虽然包括杉浦在内的310人侥幸生还，但仍有多达1210人丧生。杉浦在30个小时后漂浮到了岸边，在丛林了呆了一周后方被救回，他后来成为“羽黑”号重巡洋舰舰长。独自返回拉包尔的“时雨”号毫发无伤，瞭望哨山下在上岸后遭到殴打。因为在被别人讥笑为“怯懦”时他进行了辩护。
此次海战日军称之为“维拉湾夜战”，美军则称作“维拉湾海战”。战斗中美军参战各舰毫发无损，4艘日舰3艘沉没1艘逃逸，舰上运载的940名陆军士兵有820人随舰沉海，仅百余人或游泳或乘救生艇登上了维拉拉维拉岛，日军本次输送以完败告终。此战在物质和心理上对日军的打击是灾难性的。在战争前二十个月里，日军驱逐舰从未在夜间鱼雷战中被对手击败。
在之前的数次海战中，交战双方大都互有损伤，本次海战美军首开“零损失”的先例。在此之后，单独使用驱逐舰的战术逐渐为美军高层肯定并采纳，一众驱逐舰终于有了自己的行动自由，不必单单为护航重型舰只而束缚手脚。本次交战同时说明，只要给予一定机会，美军驱逐舰舰长们同样能够和对手一样打出令人赏心悦目的战术。
胜利捷报传到珍珠港，尼米兹上将欣喜异常。他对本次海战总结说：“这应归功于具有关于日舰行动的准确情报、明智的计划、充分利用了突然性、直到鱼雷航向能与日舰成90度角才发射、在日舰反击之前迅速离开以及随即进行火炮射击等。此外还应加上一条，良好的训练、指挥官正确判断情况和迅速下定决心。”随后哈尔西收到了珍珠港发来的祝捷电报，“你们在日军擅长的夜战中创造出战胜敌人的战术，我的确要特别祝贺，穆斯布鲁格在我们自己不伤一兵一卒的情况下取得了如此干净、利落的丰硕战果，这是一次保存自己消灭敌人的完美战例。”
得到集成大队几乎全灭的不幸消息，今村反倒一下子冷静下来。在随后召开的紧急会议上，今村认真分析了形势，认为即使继续向新乔治亚岛派出援军也无法改变敌我双方的攻守态势，反而将严重削弱北所罗门群岛的防御。之前因持续向中所罗门增兵，布干维尔和拉包尔的防御已薄弱到令人揪心的程度。在美军握有制空权的前提下，海军根本无力完成大规模的运兵任务。鉴于此今村忍痛决定，暂停向东南支队派出增援。从6月10日到8月8日，第八舰队已经损失了2艘轻巡洋舰和10艘驱逐舰，巨大损失导致古贺大将命令鲛岛叫停了以驱逐舰为主的“老鼠运输”，改用大发和渔船替代。从8月1日开始，弹药粮秣连每天5吨的运输量都无法保持。东南支队不仅面临着人员严重不足，连日激战导致炮弹几乎打光，口粮也仅够七天使用。
8月7日，佐佐木和大田实召开作战会议，决定将主力逐次向科隆班加拉岛转移，在新乔治亚岛仅保留一角以示存在。方案上报拉包尔，立即遭到第八舰队的坚决反对。鲛岛当天回电严令东南支队必须确保新乔治亚岛北部地区，作为科隆班加拉岛的前沿阵地和未来的反攻据点。尽管对领导的命令极为不满，佐佐木也只能勉力重整北部防线，此时美军第二十五师已从背后追杀过来。
夺取机场使美军牢牢掌握了战场的主动权。现在格里斯伍德终于可以腾出兵力，协助利弗塞奇上校围歼据守巴伊罗科的日军了。8月5日，科林斯少将第二十五师第二十七团、第一六一团开始向巴伊罗科攻击前进。佐佐木一路布设路障迟滞美军。8月9日，美军先锋第二十七团第一营已与利弗塞奇北部战斗群胜利会师，岛北日军大势已去。当天在阻击美军的防御战中，矢野大队付出了阵亡14人、伤62人的惨重代价。鉴于美军大兵压境，岛上残兵很快有被合围的危险，佐佐木再次致电第八舰队司令部请求“完全放弃新乔治亚岛”。鲛岛再次回电拒绝，但答应继续派兵增援。
到8月12日，美军北部作战部队已增至5000余人，坦克部队参战导致一线阻击的矢野大队处境险恶，随时面临全线崩溃的危险。到13日，美军一部冒雨大胆穿插，一举切断了矢野大队的退路。在当晚接到鲛岛“月明期间‘老鼠运输’无法实施”的电报之后，佐佐木决定违抗军令，率队逐次向科隆班加拉岛转移。突围而出的矢野大队于8月15日13时30分抵达巴安加岛。当天鲛岛接到美军一部已在科隆班加拉岛后方维拉拉维拉岛登陆的消息，知道新乔治亚岛已不可守，但放弃该岛又不能明说，于是向佐佐木发去了一封措辞含糊的电报：“贵方面作战由贵部依据当面情况做出切实的决断处置。”
佐佐木当然明白其中的含义，于是欣然回电：“新乔治亚岛部队根据现有态势，已经完成了持久迟滞敌军前进的任务，现准备移师科隆班加拉岛集结，随时准备策应友军的反攻。”第二二九联队奉命立即撤退，驻巴伊罗科的第四十五步兵联队第二大队弃城转移，至23日分三批转进吉佐岛。25日，美军不战而得巴伊罗科空城，但守城日军早已绝尘而去。
经过长达45天的浴血奋战，美军终于拿下新乔治亚岛及邻近小岛，艰难取得了“脚趾甲”行动的胜利。但不管是时间还是投入兵力都远远超过了预定计划。如此下去，年底之前攻占布干维尔岛的任务绝难完成，哈尔西必须尽快对今后的作战做出重大调整。
就在盟军南太平洋战区发起新乔治亚岛作战的同时，麦克阿瑟西南太平洋战区同样按照“车轮行动”的部署对盘踞在新几内亚的日第十八军展开了大规模攻势。欲知后事如何，请看下一小节“攻克莱城”。