（正文）
此时天空突降暴雨，给美军攻击增加了难度。“能代”号避开了美军发射的鱼雷，但随后遭到机枪的扫射，舰桥烟囱被打出了几个窟窿，消磁电缆也被切断。“凉波”号中雷起火，火势引爆了发射管中的鱼雷，该舰于9时22分沉入大海“长波”号被1颗近失弹炸伤，随后1颗丨炸丨弹命中舰桥后方甲板，它不得不被拖船拖回港内。“阿贺野”号舰尾中雷，舵机失灵。“夕张”号、“浦风”号、“若月”、“长波”号受轻伤，另有多艘运输船和货船遭到重创。空战中双方各损失战机11架。
从另一方面看，人家美国人的第五舰队—相当于太平洋舰队的一支分舰队—下属第五十特混舰队的一个大队就能打上门来，将日军最精锐的第一航空战队和基地航空部队玩得死去活来，这仗对日本人来说真是没法打了，况且人家谢尔曼舰队还因天气恶劣没能出手呢。
但日本人绝对不会这么想。猖狂之际的美国人竟然再次杀上门来，是可忍孰不可忍！草鹿和小泽肺都要被气炸了。11时15分美军机群绝尘而去，小泽立即下令“翔鹤”号和“瑞鹤”号飞行队各派1架侦察机进行追踪。12时22分，“瑞鹤”号侦察机在被击落前发回了绝命电报：“发现敌航空母舰3艘、巡洋舰4艘、驱逐舰8艘，方位莫诺岛300度，距离120海里，航向230度，航速23节。”日机发现的正是蒙哥马利的第三大队。
13时整，随着小泽一声令下，由65架零战、24架俯冲轰炸机和14架鱼雷机组成的攻击机群拔地而起，直奔美军航母所在海域。此时蒙哥马利正在筹划第二波攻击。美舰雷达发现有大批日机快速迫近，刚刚完成加油补弹的36架“地狱猫”立即起飞，在距编队75公里处实施拦截。此时美军航母编队并未像以前那样主动散开组成三个环形阵，而是3艘航母在半径2000米距离上成品字形配置，2艘轻巡洋舰和9艘驱逐舰在4000米圆边上严阵以待，一众高炮齐刷刷指向了日机来袭的方向。
13时54分，日机突破拦截飞临航母上空，美舰对空炮火随即猛烈开火。在持续46分钟的空战中，仅美军3艘航母就打出了127毫米炮弹749发、40毫米炮弹8443发、20毫米炮弹33552发。因为美军使用了先进的近炸引信丨炸丨弹，日军攻击遭遇重大损失。19架轰炸机、14架鱼雷机和2架零战坠海，投下的丨炸丨弹和鱼雷无一命中。空战中美军损失战斗机11架。考虑到该地区日军航空兵力依然雄厚具备发起第二波攻击的能力，临时友情客串的蒙哥马利不愿出现任何闪失，果断下令取消第二次空袭，回收战斗机后全速返航。
近炸引信属于美军的秘密武器。因为害怕未爆丨炸丨弹落到日军手里，美军甚至禁止在陆上使用这种丨炸丨弹。瓜岛战役末期，美军只是小规模尝试使用，未能引起日军关注情有可原。但是本次，日军战机的高损失率依然未能引起充分重视就不能怪人家美国人了。这就间接促成了今后“猎火鸡之役”日军的悲剧。
返航日军飞行员报告说，“美军航母、巡洋舰、驱逐舰各1艘被击沉，另1艘航母、3艘巡洋舰、3艘驱逐舰起火”。草鹿闻讯欣喜若狂，决定乘胜追击以扩大战果。天黑之后，草鹿接连派出四批共23架飞机发起夜间追击。因美军舰队已经撤走加之天气状况不佳，仅第一批5架日机发现了梅里尔的巡洋舰编队，发起的攻击毫无收获。但返航飞行员汇报说，“重创敌战列舰和巡洋舰各1艘”。
捷报迅速传回东京，大本营海军部激动得无法自持，好久没有接到如此好的消息了。11月13日，东京再次发布“第三次布干维尔海空战大捷”：“敌2艘航空母舰小破，1艘战列舰中破，击沉巡洋舰1艘，5艘巡洋舰和驱逐舰起火，我海军航空部队30架飞机未能返航。”
表面上似乎“捷报频传”，事实上作为联合舰队核心攻击力量的第一航空战队已被打成了植物人至少是半身不遂。在11月2日至11日的“吕号作战”中，小泽173架舰载机共损失121架，战损率达70％。其中零式战斗机损失43架，战损率52％；俯冲轰炸机损失38架，战损率84％；鱼雷机损失34架，战损率85％，6架侦察机全部坠海。参战363名机组成员阵亡181人，伤亡率几乎达到了一半。其中骨干飞行员损失更加惨烈：7名飞行队长阵亡4人，11名飞行分队长阵亡6人。继村田重治、高桥赫一等一批佐级王牌飞行员瞑目大海之后，纳富健次郎、佐藤正夫、宫尾暎、松桥喜久雄、梼原正幸、斋藤舜二、清宫钢、长野阳一、荒木茂等为数不多的“尉级老鸟”魂归西天。和山本临死之前发起的“伊号作战”类似，古贺不听小泽规劝执意发起的“吕号作战”同样惨淡收场。
但古贺毕竟并非山本那样的赌徒，就在“第三次布干维尔海空战大捷”第二天的11月12日，古贺黯然下达了联合舰队第799号电令：终止“吕号作战”，第一航空战队撤回特鲁克继续“重建”。小泽只好带剩余的39架零战、7架俯冲轰炸机和6架鱼雷机及182名机组成员黯然打道回府，一切又要从头开始了。
日军谎报的战果别说老酒和师兄们不信，就连当时远在新加坡林加锚地训练的第二航空战队航空参谋奥宫正武中佐同样持怀疑态度。他后来在回忆录中这样写道，“听到友军英勇奋战取得辉煌战绩的消息当然高兴，但我看了纷至沓来的战报之后，总觉得有点想不通。从所使用的攻击机数量来看，战果似乎大得过分。以前在珍珠港、珊瑚海、中途岛和南太平洋海战中，当时飞行员的技术确实比当今小泽部队高超，且零式战斗机还具有压倒性优势。即使在那种情况下，要想压制1艘航母也需要几十架飞机。在本次空战中，敌战斗机威力进一步增强，对空火力和防御兵器也有明显进步。如果考虑到这些情况，尽管使用了舰底起爆式鱼雷，报导得分数仍未免显得太高。”
奥宫同样对古贺将宝贵的舰载机拉上陆地进行消耗战持反对态度，“要说灾难，应该说是我们自己埋下了灾难的种子。机动部队飞行队是在航母上使用的，为此好不容易进行了专业训练。可是训练水平稍有提高，就被投到基地空战中去。尽管可以找出充分的理由，但面临危机，对这种权宜之计联合舰队司令部不知是如何看待的。”
东京还有一个人不太相信上述战果。当总长永野进宫汇报“第一次布干维尔海空大捷”的消息并向天皇列举详细战果时，裕仁并未表示出多少喜悦。一向如老僧入定的天皇忽然睁开了眼睛，语调依然不温不火：“算上这一次，这个‘萨拉托加’号好像已经被你们击沉六次了吧？它怎么就那么能漂啊？”一句话问得永野满头大汗，无言以对只好悻悻而退。
为填补第一航空战队撤离留下的空缺，古贺下令从马绍尔群岛等地调来陆基航空兵进行补充。由于之前熟练的飞行员大多战死，新调来的几乎全是初出茅庐的“菜鸟”，导致日军东南方面的航空战力每况愈下。
既然8月的魁北克会议已经将中太平洋作为盟军未来的主攻方向，美国人显然不愿在南太平洋和西南太平洋与日军过多纠缠。完成空袭拉包尔的任务之后，谢尔曼和蒙哥马利两支航母编队迅速北返珍珠港归建，参加对吉尔伯特群岛的“电流行动”—谢尔曼的两艘航母随后被编入第四大队。但航母舰队对拉包尔的两次空袭不仅在最困难时给了哈尔西雪中送炭般的帮助，也为美军在中太平洋的战略反攻创造了有利条件。小泽第一航空战队在战斗中被彻底打残，也就无法顾及美军在中太平洋的作战。距吉尔伯特群岛最近的马绍尔群岛陆基航空兵被陆续抽调拉包尔，大大削弱了日军在中太平洋的航空力量。
哈尔西对航母编队的大胆尝试，用事实结束了美军高层对使用航母空袭日军坚固设防陆上基地的争论。在此次作战中，航母编队不但攻击卓有成效，还成功顶住了日军的反击，开创了以陆基和舰载航空兵密切配合的成功范例，为美军航母编队今后作战提供了有益借鉴。自此以后，美军对航母编队的使用越来越大胆娴熟，航母在战场上发挥的作用越来越大。这种战术被东条归结为日军战败的三大原因之一。