日本軍挺身艦隊は、本隊（第十一戦隊）比叡、霧島、直衛隊（長良、雪風、天津風、暁、雷、電、照月）、警戒隊（朝雲、村雨、五月雨、夕立、春雨）、ガダルカナル島・ラッセル岬警戒隊（時雨、白露、夕暮）から編成されていた。第十一戦隊と第四水雷戦隊は事前の打ち合わせや合同訓練を行ったことがなく、指揮官達は不安を感じていた。挺身艦隊は、戦艦の艦載水上偵察機を事前にイサベル島レカタ基地に派遣している。日本艦隊は26ノットで南進していたが、猛烈なスコールにおそわれ、速力を落とした。砲撃困難と判断した日本軍挺身艦隊はいったん北方に変針したが、天候が回復し、レカタ基地から発進した水上観測機も到達見込みとの報告が入る。午後10時40分、挺身艦隊はふたたび反転し、予定より約40分遅れてガダルカナル島海域に突入した。月齢3.4、月没午後8時のため、ガダルカナル島周辺は闇夜であった。事前の反転2回により、第2駆逐隊第2小隊（夕立、春雨）は僚艦を見失い、第十一戦隊の前方10km地点で警戒するはずの第四水雷戦隊（朝雲、村雨、五月雨）は比叡と並走するように航行する。そのため、日本軍戦艦2隻は事前の計画とは裏腹に、艦隊のほぼ先頭を進んでいた。その事に気付かなかった阿部司令官は比叡と霧島に飛行場砲撃のための弾種「三式弾」を36センチ主砲に装填するよう命じた。11月13日金曜日01:00、第67任務部隊第4群はガダルカナル島ルンガ岬の海兵隊陣地前を通過した。キャラハン少将は最新式SGレーダーを装備した軽巡洋艦ヘレナではなく、やや古く周波数が低いSCレーダーを装備した重巡洋艦サンフランシスコを旗艦としていた。米艦隊の隊列は前衛に駆逐艦カッシング、ラフェイ、ステレット、オバノン、中央に巡洋艦アトランタ、サンフランシスコ、ポートランド、ヘレナ、ジュノー、後衛に駆逐艦アーロン・ワード、バートン、モンセン、フレッチャーというものだった。01:24、ヘレナは2万7000ヤード（約25km）に日本軍挺身艦隊を発見し、サンフランシスコに連絡した。米艦隊は丁字戦法を実施すべく運動を開始したが、前衛の駆逐艦が「艦隊を左へ」という命令を「艦を左へ」と読み違え、混乱が生じた。またサンフランシスコはレーダーで日本艦隊を発見できなかったためすぐに砲命令を出さず、日本艦隊の方位・距離・位置をしきりにヘレナに求めていたため各艦は電話通信に割り込んでキャラガン少将に対して攻撃を促した。01:30-40、第2駆逐隊第2小隊（夕立、春雨）が米艦隊先頭を航走するカッシングに距離2700mまで迫り、カッシングは慌てて左に転舵した。先導艦の予期せぬ変針は米艦隊に大混乱を招いた。一方日本軍挺身艦隊では日本時間午後11時44分、夕立が米艦隊発見を報告。続いて比叡、春雨がアメリカ軍艦隊を確認した。飛行場に戦艦の主砲を向けて発射直前だった日本艦隊は驚愕した。比叡と霧島の2戦艦は既に艦艇の砲撃にはむいていない弱装弾薬・対地攻撃用三式弾を装填していたが、徹甲弾に切り替える余裕なしと判断し、阿部中将は射撃を命じる。日本軍時間11月12日午後11時51分（アメリカ軍時間11月13日01:50）、比叡は探照灯（サーチライト）を点灯して闇夜の戦場を照らすと同時に、36cm主砲砲撃を開始した。比叡艦橋から見た米艦隊は左に駆逐艦4隻、中央に巡洋艦部隊、右に駆逐艦4隻が並んで横陣となり、日本軍戦艦を包囲するような運動をしていた。一方のアメリカ軍側は、キャラハンが「奇数番艦は右砲戦、偶数番艦は左砲戦」という命令を出したが、陣形が混乱していることを考慮していなかったため、米艦隊はますます混乱した。その後、海戦は駆逐艦暁（第6駆逐隊司令山田勇助大佐）が探照灯を照射し、これをきっかけに軽巡アトランタが砲撃しあうことで始まったとアメリカ軍側は記録している。五月雨によれば、8個ほどの吊光投弾が輝き、よくわからないうちに戦闘が始まったという。最初の犠牲艦は“ラッキーA”のニックネームをもつアトランタであった。アトランタは旗艦サンフランシスコから誤射され、艦橋にサンフランシスコが使用する緑色の着色弾の痕跡が残った。続いて戦艦比叡、軽巡長良の砲撃によってノーマン・スコット少将以下幹部が全滅、日本艦隊が発射した魚雷2本が左舷に命中して戦闘不能となった。今度はサンフランシスコ、カッシング、ラフェイ、ステレット、オバノンが探照灯を照らして戦場を進む日本艦隊旗艦比叡を目標とした。主砲から機銃まであらゆる砲が発射され、比叡の艦上部構造物に命中していった。炎上した比叡は通信装置、操舵装置が故障し、主砲は2-3斉射したところで電路切断により統一射撃ができなくなり、阿部司令官や西田艦長も負傷した。混乱の中で比叡はスクリューによる操艦で戦場を離脱した。オバノンはアトランタと共に駆逐艦暁を撃沈し、ステレットと共に比叡に魚雷を発射して2本を命中させたが、これは不発だった。ステレットは比叡もしくは霧島の砲撃を受けて火災が発生、戦場を離脱した。照月はカッシングを主砲長10cm連装高角砲で破壊し、巡洋艦を含む7隻に160発を発射した。照月艦橋では、前方に現れた艦影を観察し、シルエットから敵味方を判断して撃っていたという。五月雨も比叡に向けて機銃を誤射し、射撃中止命令が混乱の中で伝わらないうちに比叡から高射砲か副砲の反撃を受けている。駆逐艦ラフェイは比叡への攻撃後、日本艦隊の駆逐艦の砲火を掻い潜って戦艦霧島へ接近したものの主砲弾を被弾、発射艦不明の魚雷もしくは長良の砲撃が命中して沈没した。霧島と電、雷、照月の3駆逐艦は砲雷撃でサンフランシスコを撃破し、キャラハン司令官、ヤング艦長を戦死させた。駆逐艦夕立は単艦で米艦隊に突入、午後11時54分に魚雷8本を発射した。1分後に巡洋艦ポートランドの右舷後尾に魚雷を命中させ（夕立は轟沈と誤認）、米巡洋艦は翌朝まで戦場の中心で右旋回運動を続けた。さらに夕立は米艦隊の中央を突破して巡洋艦1隻、駆逐艦1隻に命中弾を記録。午前0時13-26分、駆逐艦ステレットもしくはフレッチャーが砲撃を行い、被弾した夕立は航行不能となった。中村悌次夕立水雷長は、味方の軽巡長良に誤射されたと推測している。駆逐艦バートンは味方艦との衝突を避けるため急停止、機関を再始動させようとした時に魚雷2本が命中して轟沈した。駆逐艦モンセンは比叡を砲撃していたが、あらゆる艦から集中砲撃を受けて戦闘不能となる。巡洋艦ジュノーは夕立を砲撃していたところ、天津風が発射した魚雷が命中して大破した。その天津風は軽巡ヘレナが発射した6インチ砲2発が命中して舵を故障、射撃装置も破壊されて戦闘不能になった。第三次ソロモン海戦第1夜戦は、日米双方の索敵が遅れ、旗艦の戦闘不能や偶発的出来事によって「混乱の激しさは、海戦史上にその例を見ないもの」とチェスター・ニミッツアメリカ太平洋艦隊司令長官が評する夜間水上戦闘になった。日本軍駆逐艦は多数の魚雷を発射し、判明しているだけで朝雲8本、村雨7本、夕立8本、春雨2本、雷6本で、五月雨は発射していない。13日午前1時25分、日本軍挺身艦隊に北方への退避命令が出る。各戦隊は味方と合流できないまま、単艦、あるいは少数艦のグループで戦場を離脱した。日本軍輸送船団に対しては、有力なる米艦隊遭遇の急報により、反転退避命令が下る。連合艦隊司令長官山本五十六大将はラバウルの第十一航空艦隊に対し、ガダルカナル島へ制空隊を派遣するよう命じた。11月13日の訪れとともに、アイアンボトム・サウンド（鉄底海峡）は新たな犠牲艦を飲み込んだ。日本軍は駆逐艦暁が沈没、夕立が大破航行不能となった。戦艦比叡が舵故障を起こしてサボ島北を微速前進し、駆逐艦天津風が中破、雷が死傷者80名近くを出して大破、春雨が缶室に被弾してそれぞれ退避した。戦艦霧島と軽巡長良は損傷を受けず、それぞれ単艦で北方へ離脱。第四水雷戦隊各艦と照月は午前1時30分から午前2時ごろ霧島を発見して合流し、後続した。五月雨は霧島に後続していたが、命令により引き返して夕立の救援作業を行った。五月雨は午前3時ごろ魚雷2-3本を発射して夕立を処分しようとしたが魚雷命中の水柱が確認できず、砲撃処分中に米重巡洋艦と駆逐艦の砲撃を受けて退避した。五月雨はSBDドーントレスの爆撃を回避しつつ午後3時ごろショートランド基地に到着、放棄された夕立は漂流していたが、米艦隊が砲撃してこれを沈めた。対するアメリカ軍は指揮官のキャラハン少将と次席指揮官のスコット少将が戦死し、軽巡アトランタは掃海艇ボボリンクに曳航（えいこう）されて離脱しようとしたものの13日夜に自沈した。ジュノーは13日午前中に伊-26潜水艦（横田稔艦長）の雷撃により沈没し、駆逐艦カッシング、モンセン、ラフィー、バートンが沈没した。生き残った重巡サンフランシスコ（大破）、ポートランド（大破）、軽巡ヘレナ（小破）、駆逐艦オバノン（小破）、アーロン・ワード（大破）、ステレット（中破）、フレッチャーは西方に退避した。日本軍挺身艦隊はアメリカ軍に対する戦果を「重巡洋艦5隻撃沈、重巡洋艦2隻大破（1隻座礁）、防空巡洋艦2隻撃沈、駆逐艦3隻撃沈、駆逐艦6隻大破・中破（遁走（とんそう）せる1隻をのぞきいずれも沈没の算大なり）、魚雷艇1隻大破、以上所在敵全勢力を殲滅（せんめつ）せるものと認む」と報告している。