Hoạt động cuối cùng của "Ayanami" là trong trận Hải chiến Guadalcanal thứ hai vào các ngày 14-15 tháng 11 năm 1942. Tại đây, nó được phân về lực lượng tuần tiễu dưới quyền chỉ huy của Chuẩn Đô đốc Shintarō Hashimoto trên chiếc tàu tuần dương hạng nhẹ "Sendai". Khi Lực lượng Đặc nhiệm 64 Hoa Kỳ của Đô đốc Willis A. Lee bị phát hiện gần đảo Savo, Hashimoto đưa các tàu chiến của mình vòng qua hòn đảo theo chiều kim đồng hồ, nhưng gửi một mình "Ayanami" đi theo hướng ngược lại càn quét tàu bè đối phương. Khi tìm thấy các con tàu của Lee, mệnh lệnh tấn công được đưa ra, và vì vậy "Ayanami" trở thành một trong ba gọng kìm của cuộc tấn công ban đầu, phối hợp với nhóm của Đô đốc Hashimoto và một nhóm khác do Chuẩn Đô đốc Susumu Kimura chỉ huy trên chiếc tàu tuần dương hạng nhẹ "Nagara".