（正文）
两栖作战的成败关键在于登陆后的24小时，这是大家都明白的道理。如果不尽快发起反攻，一旦让美军站稳滩头，日军再想将兵力和火力均占优势的美军赶下大海比登天都难。但经历了瓜岛、蒙达再到科隆班加拉作战的草鹿清楚，在没有制空权的前提下实施白昼登陆与送死无疑，说不定连那些宝贵的水面舰艇也要白白搭进去。头脑还算清醒的草鹿作出了一个明智的决定，他在21时30分复电大森：“运输队立即返航，联合袭击部队继续突进，今夜务必攻敌！”22时30分，日军运输队驶出队列调头返航，今村满怀期望的第一次反登陆作战就这样无果而终—即使去了，面对14000名登陆美军也只有“全员玉碎”一条路可走。现在，登陆首日反击美军的希望就全部寄托在大森身上了。
因航速较慢的“夕凪”号已经返航，大森率舰队取130度航向以32节高速向托罗基纳角突进过去。舰队队形是大森2艘重巡洋舰居中，大杉和伊集院两支警戒队分居左右。
现在唯一能够截击日军来袭舰队的只有梅里尔少将的第三十九特混舰队了。尽管在过去16小时里水兵们已经执行了两次炮击任务，人困马乏，但哈尔西没有其它选择，只能命令他们火速进入奥古斯塔皇后湾，务必保证登陆滩头的安全。
此时梅里尔舰队已南下补给，他手中有第十二巡洋舰大队的4艘轻巡洋舰“蒙彼利埃”号、“克利夫兰”号、“哥伦比亚”号、“丹佛”号，阿利伯克上校第四十五驱逐舰分队的“查理斯奥斯本”号、“斯坦利”号、“戴森”号、“克拉克斯顿”号，以及伯纳德奥斯汀中校第四十六驱逐舰分队的“斯彭斯”号、“撒切尔”号、“康沃斯”号、“富特”号，共计轻巡洋舰4艘、驱逐舰8艘，兵力与大森袭击部队大致相当。此时梅里尔和伯克正在维拉拉维拉岛补给，奥斯汀则在库拉湾进行海上加油。晚23时15分，接到命令的梅里尔知道自己现在是全南太平洋战区唯一一支可利用的水上力量了，所以根本没打算来一次纳尔逊式的海上歼灭战，他的目标就是破坏敌人炮轰滩头的企图。在布干维尔岛西南海域集结之后，梅里尔率队以28节高速向奥古斯塔皇后湾疾进。
美军队形是伯克第四十五分队为前卫，梅里尔率第十二大队为中军，奥斯汀率第四十六分队殿后，各队间隔4000米。梅里尔计划以驱逐舰分队从日军两翼发起鱼雷攻击，巡洋舰则扼守奥古斯都皇后湾口以舰炮进行阻击，确保登陆滩头安全。
11月2日1时26分，大森下令巡洋舰放出侦察机。1时30分，夜空中突然钻出1架美军B-24并向日军投弹，“羽黑”号舷侧被炸开了一个大口子，大森只好将舰队航速减至30节。10分钟后，“羽黑”号水上飞机报告说，“奥古斯塔皇后湾以南90公里处发现不明身份巡洋舰1艘、驱逐舰3艘”。10分钟后“妙高”号水上飞机也发回了类似报告。日军飞行员的舰艇识别能力实在太差，他们发现的是威尔金森派出执行布雷任务的1艘驱逐舰和3艘布雷舰。如此兵力肯定不是自己的对手，大森于是率队迫不及待地冲了过去。此时日军航行序列为三路纵队，各由1艘轻巡洋舰和3艘驱逐舰组成的第一、第二警戒队为左右两翼，位置稍稍靠前，本队2艘重巡洋舰居中稍后，各队间距为5000米。
2时27分，美军舰队驶抵奥古斯都皇后湾外海，旗舰“蒙彼利埃”号的雷达发现西北33000米外出现了日军舰队。梅里尔立即命令驱逐舰前出实施鱼雷攻击，巡洋舰则转向迎击日军本队。2时46分，伯克分队4舰在距敌5000米距离一口气射出了25条鱼雷，可惜因日军正在机动无一命中。直到此时日军才发现美舰已经迫近，大森急忙命令转向，变换队形投入战斗。
梅里尔原打算在鱼雷命中目标后再进行炮击，根据伯克的汇报他测算鱼雷抵达目标的时间大约是6分钟。但是2时49分，梅里尔发现日舰正在变换航向，于是果断下令巡洋舰开炮。4艘轻巡洋舰48门152毫米主炮集中轰击距离最近的日左翼第一警戒队，三轮齐射均准确命中了“川内”号。这艘日军轻巡洋舰迅速起火，舵机失灵，但还是顽强射出了8条鱼雷。同样射出8条鱼雷的“时雨”号差点一头撞上了“川内”号。重伤的“川内”号向右舷500米外的“时雨”号打出了“向我靠近”的信号，舰长山下少佐试图靠近却被原为一大佐拦住，他知道现在上前只能成为美舰的活靶子，最终落得和“川内”号一样的下场。
“五月雨”号为躲避“川内”号紧急右转，后边的“白露”一头撞了上去，两舰瞬间航速锐减，“五月雨”号舰长杉原与四郎少佐只能使用手动操舵并寻隙射出8条鱼雷。日舰还击炮火因射程较远无一命中。为了不被日军击中，梅里尔指挥巡洋舰巧妙进行曲折运动并适时增速减速，日军舰炮必须不断修正距离和方向偏差。在30分钟急剧规避运动中，日军炮弹和鱼雷大都被美军成功避开。
日军主队转向后拟发挥203毫米主炮威力实施远距离炮击，为确定美舰准确位置大森下令左舵回旋，在本队右侧的第二警戒队随之回旋。当本队结束回旋继续前进时，大杉的第二警戒队却陷入一片混乱，日军队形被彻底打乱。此时美军炮弹已劈头盖脑落了下来，在日舰周围激起无数条冲天水柱。“羽黑”号被接连命中6弹，幸好仅2弹爆炸伤势不重。在规避炮火的过程中，一头撞上“妙高”号的“初风”号驱逐舰2座鱼雷发射管损毁，舰首也被重巡洋舰切掉—“妙高”号回到拉包尔时，舰首还带着驱逐舰右舷的一大块钢板。“羽黑”号也险些与“长波”号和“若月”号相撞。
日军侦察机适时投下了红白两色照明弹，将美军4艘巡洋舰照得清清楚楚。大森终于确定了美舰的准确位置，立即率编队转向160度全速向美舰逼近。当双方距离缩短至11000米时，日军两艘重巡洋舰射出了24条鱼雷，随后以舰炮猛烈轰击。此时美舰刚刚完成180度转向，殿后的“丹佛”号成为距敌最近的前卫舰，遭到日军炮火的集中攻击，很快被3发203毫米炮弹命中，所幸全是哑弹，“丹佛”号侥幸逃过一劫。但炮弹导致舰体破裂引发海水灌入还是使该舰航速锐减，影响了编队航行速度。
美军奥斯汀分队奉命攻击日军右翼，但因位于队尾距离较远，还未到达发射鱼雷阵位炮战已经打响。奥斯汀不仅未能发射鱼雷，且夹在6艘巡洋舰之间成为双方炮击的对象。“富特”号驱逐舰之前因机械故障掉队，偏偏在修复赶上来时撞上了日军射出的鱼雷，舰尾被炸毁随即失去机动动力。其他3艘驱逐舰为了躲开炮火不得不进行一系列复杂机动。和日军境况类似，“斯彭斯”号和“撒切尔”号发生碰撞，幸好仅上层建筑受损并未影响航速。
梅里尔下令左转并施放烟雾。看到美舰周围有巨大水柱腾空而起随后美舰就消失了踪影，大森认为敌舰已全部被鱼雷击沉。他放弃了攻击美国运输船和滩头阵地的任务，考虑到天亮后美军航空兵必定前来追击，3时40分，大森下令舰队向西取315度方向快速撤离。同时致电拉包尔派潜艇搭救“川内”号和“初风”号的落水舰员。
在激烈的炮战中，“斯彭斯”号水线部位中弹，海水涌入燃油舱导致航速下降，该舰继续前行接敌在日军2艘重巡洋舰前方5500米占据了发射阵位。但情报中心认为前方是友舰，奥斯汀遗憾地放弃攻击向北寻敌。他们随后发现了停在水面上团团打转的“川内”号，在其附近警戒的“白露”号和“五月雨”号看到美舰逼近慌忙逃走。美舰先是向“川内”号射出8条鱼雷，2雷命中，之后继续追击2艘日军驱逐舰。双方以鱼雷和舰炮相互攻击，均无战果。因“斯彭特”号航速大减，眼看敌舰越跑越远的奥斯汀只好放弃追击率队返回。