美军当时只有第39特混舰队能够阻止大森编队的来袭。然而，这个编队已经进行了两次对岸射击，长达16小时，舰员已疲惫不堪。但是，哈尔西还是不得不命令这一编队前往奥古斯塔皇后湾去阻击敌人。当时，第39特混舰队是盟军在南太平洋的一支重要水面舰艇部队。因此，梅里尔将军不得不慎重行事。鉴于有遭到全军覆没的危险，他未敢使用这几艘颇感缺乏的巡洋舰去进行海战，仅仅以巡洋舰来阻止日军对登陆地域的袭击。经过反复研究，梅里尔将军制定了如下的作战计划：派遣驱逐舰大队从日军编队的翼侧实施鱼雷攻击，他亲率4艘轻巡洋舰封锁奥古斯塔皇后湾的入口，以152毫米舰炮连续进行射击，并同时进行必要的编队运动，不断改变航向，逼迫日舰逐渐退到较远的海域。幸好，隶属于梅里尔将军的第45驱逐舰大队指挥官阿利·伯克(这时已晋升海军上校)，已随他共同战斗过一个时期，在战术上配合得比较默契。可是，梅里尔所属的第46驱逐舰大队(辖驱逐舰4艘)却是一个新组建的单位，其指挥官是伯纳德·奥斯汀海军中校，还未来得及进行编队训练。
11月2日2时27分，第39特混舰队分为3个大队，各大队以单纵345度航向，向奥古斯塔皇后湾方向航进，各队的前导舰成方位队形。当该舰队驶抵这个海湾附近时，旗舰“蒙特培利尔”号的雷达发现日军编队从西北方向驶来，距离18海里。于是，梅里尔改变航向，朝正北航行，变成夜战时常用的单纵队队形。航进在最前面的伯克大队通过雷达发现日军编队后，立即向左转向，伯克率领第45驱逐舰大队前去袭击北面的几艘日舰。这时，几艘巡洋舰向右一齐转向，梅里尔命令第46驱逐舰大队前去袭击南面的几艘日舰。
第45驱逐舰大队从日舰“川内”号的左前方5000米处发射半数鱼雷后，一齐转向撤离。由于日舰改变航向进行规避，美舰发射的鱼雷无一命中目标。“川内”号发现美军的巡洋舰和美军已发射鱼雷后，立即报告大森。大森命令所属部队转向南进，以便变为战斗队形。
“我队发射的鱼雷正在航行中。”
伯克发射鱼雷后，立即作了报告。于是，梅里尔开始计算鱼雷与目标相遇的时间(6分钟)。但在这时，战斗情报中心报告：敌舰航向已变。梅里尔则立即命令几艘巡洋舰开始射击。48门152毫米舰炮立即开火，集中轰击北面的几艘日舰。日舰虽也进行了还击，但其弹着多在美巡洋舰的斜前方，而且都是近弹。日军有两艘驱逐舰为了规避美舰的152毫米炮弹而互相碰撞。“川内”号起火，因舵机失灵而出列。美军在这次海战中旗开得胜，但是，第45驱逐舰大队在转向撤离时相互失去了联系。要用一个小时的时间，伯克才能把舰只重新集合起来，再次投入战斗。