7月14日、連合艦隊の再編成で第八艦隊（司令長官三川軍一中将）が新設され、三川中将は外南洋部隊指揮官となり鳥海も同艦隊旗艦に指定された。第八艦隊の当分の主任務は、ニューギニア島ポートモレスビー攻略を目指すポートモレスビー作戦の支援およびパプアニューギニア東端ミルン湾ラビ攻略（ラビの戦い）である。7月20日、鳥海は駆逐艦2隻（朝雲、夏雲）に護衛されて内地を出発したが、護衛艦は途中で第16駆逐隊第1小隊（雪風、時津風）と交代した。7月30日、3隻はニューブリテン島・ラバウルへ到着する。16駆1小隊（雪風、時津風）は工作艦明石・重巡最上内地回航護衛のためトラック泊地へ戻っていった。第八艦隊司令部がラバウルへ上陸したあと、空襲回避と訓練をかねて鳥海もニューアイルランド島北端カビエン港へ回航された。第八艦隊は南東方面作戦全般を指揮担当する第十一航空艦隊（司令長官塚原二四三中将）から冷遇されており、第八艦隊にあてがわれた指令所や宿舎は第8根拠地隊（第八艦隊麾下部隊）よりも貧弱であったという。第十一航空艦隊と第八艦隊の微妙な関係は第二次ソロモン海戦で顕在化し、その余波を第二水雷戦隊（田中司令官）が受けることになった。8月7日、アメリカ軍はウォッチタワー作戦を発動しガダルカナル島とフロリダ諸島に来襲、ガダルカナル島の戦いが始まった。第六戦隊司令官五藤存知少将は重巡3隻（青葉、加古、鳥海）を率いてアドミラルティ諸島へ移動する予定だったが、独断でラバウルへ回航（さらに第八艦隊より回航命令、駆逐艦夕凪が急派）、ラバウルへ移動した。六戦隊第2小隊（衣笠、古鷹）は当初よりラバウルへ向かっており、天龍・夕張・夕凪はラバウル在泊、龍田・夕月・卯月はブナへ移動中である。ラバウル港にて第八艦隊司令長官三川中将は鳥海に座乗し、第六戦隊（司令官五藤存知少将：第1小隊《青葉、加古》、第2小隊《衣笠、古鷹》）、軽巡2隻（天龍、夕張）、神風型駆逐艦9番艦夕凪、計8隻（重巡5、軽巡2、駆逐艦1）を率いてガダルカナル島へ向け出撃する。天龍・夕張・夕凪の参加は、第十八戦隊（司令官松山光治少将）の談判によるものと伝えられている。この8隻は、合同訓練はおろか回転整合（艦隊が編隊航行をおこなう際、各艦のスクリュー回転数を調整して速力を統一する作業）すらおこなっていない、文字通りの『烏合の衆』だった。このことが第八艦隊司令部の作戦指導に影響を与えた。また本海戦に参加した各艦には海軍報道班員（朝日新聞社・読売新聞社などの記者・カメラマン）が分乗しており、鳥海便乗の丹羽文雄記者はのちに『海戦記』という体験小説を発表した。8月8日昼間、第十一航空艦隊の陸攻隊がアメリカ軍輸送船団を攻撃したが、零戦1・一式陸上攻撃機18を喪失、駆逐艦1隻中破・輸送船1隻大破に対し過大戦果（巡洋艦1隻、駆逐艦1隻、輸送船9隻撃沈。巡洋艦3隻、輸送船2隻大破）を報じた。鳥海が受信した戦果は「戦艦1、巡洋艦4、駆逐艦2-4、輸送船6撃沈」であったという。同日夜〜8月9日、鳥海以下各艦は第一次ソロモン海戦に参加。共同で重巡洋艦4隻（キャンベラ、ヴィンセンス、クインシー、アストリア）を撃沈し、重巡シカゴと駆逐艦ラルフ・タルボット、パターソンを撃破した。だが鳥海もクインシー、アストリアの砲撃により艦橋後部や第一砲塔等に被弾し、20cm砲弾6発、高角砲弾4発が命中するも、貫通弾ばかりで爆発したものはなかった。鳥海では戦死34名、戦傷32名を出した（戦死35、戦傷51とも）。本海戦が一段落した際、鳥海艦長の早川幹夫大佐は第八艦隊司令部に対し「引き揚げるのですか」と質問した。第八艦隊司令部はアメリカ軍機動部隊（サラトガ、エンタープライズ、ワスプ）に襲撃されることを警戒して離脱を決定。仮に輸送船団を攻撃した場合、第八艦隊は米空母3隻に捕捉され大打撃を受けたとみられる。ところが8月10日、カビエンに帰投中の第六戦隊はアメリカの潜水艦S-44の雷撃により加古を喪失した。加生存者のうち砲術科乗組員の一部は補充要員としてしばらく鳥海で勤務した。第一次ソロモン海戦における鳥海の戦訓は『断じて行へば鬼神も避く』と、アメリカ軍輸送船団を攻撃しなかった事への憂慮だった。一方のアメリカ軍は兵員の揚陸こそ終えたものの、物資の半分程を積み残したまま退避。ガダルカナル島とツラギ島に残されたアメリカ海兵隊1万6000名は食糧不足に陥りつつ、鹵獲した日本軍の器材で小型滑走路を整備した。8月15日、輸送用駆逐艦4隻が航空用燃料・爆弾・基地航空隊員を輸送し、21日に護衛空母ロング・アイランドが急降下爆撃機12・戦闘機19をヘンダーソン基地に送り届ける。着々と準備を整えるアメリカ軍に対し、日本軍はガ島のアメリカ兵を2000名と推定しており、さらに東部ニューギニア攻略作戦（ラビの戦い）に多数の輸送船と護衛艦艇を投入していたので、ガダルカナル島方面は小休止状態であった。またガ島のアメリカ軍を攻撃しようにも、陸軍第十七軍兵力はニューギニア作戦に投入予定なので転用できず、ミッドウェー作戦のため編制されてた一木清直大佐率いる陸兵3000名を投入することにした。日本軍はガダルカナル島奪還のため、まず陽炎型駆逐艦6隻（第4駆逐隊司令有賀幸作大佐：嵐、萩風、浦風、谷風、浜風、陽炎）が第一次増援部隊/一木支隊約900名を輸送、8月17日に揚陸した（一木清直大佐指揮下の同部隊は20-21日イル川渡河戦で全滅）。並行して第二次増援部隊の輸送船3隻（陸兵1300名）を同島へ向かわせ、護衛を第二水雷戦隊（司令官田中頼三少将：旗艦「神通」）が担当していた。作戦支援のため鳥海（外南洋部隊指揮官三川中将）は陽炎型駆逐艦12番艦磯風（第17駆逐隊）を率いてラバウルを出港する。21日、2隻（鳥海、磯風）は第六戦隊（青葉、古鷹、衣笠）と一時合流。23日夕刻、3隻（鳥海、衣笠、磯風）はショートランド泊地に到着、燃料補給後の重巡2隻（鳥海、衣笠）は駆逐艦夕凪を率いて出港、磯風は飛行場砲撃のために残置された。8月24日、第二次ソロモン海戦により空母龍驤が撃沈され、アメリカ軍機動部隊とヘンダーソン飛行場は依然健在だった。24-25日、重巡4隻（鳥海、青葉、古鷹、衣笠）は搭載水上偵察機（鳥海3機のうち1機は軽巡由良所属機）を発進させ、ガダルカナル島夜間爆撃に向かわせる。だが効果はなかった。8月25日、ヘンダーソン基地から発進した急降下爆撃機SBDドーントレスとエスピリトゥサント島基地から飛来したB-17重爆の昼間空襲により軽巡神通が中破、2隻（駆逐艦睦月、輸送船金龍丸）が沈没した。ガ島近海で行動中の駆逐艦「卯月」も損傷。空母1隻・駆逐艦1隻・輸送船1隻を喪失した上に輸送船団も目的地にたどり着けず撃退され、第二次ソロモン海戦は日本軍の敗北で終わった。26日午後3時、2隻（鳥海、衣笠）はラバウルに到着した。日本軍は制空権確保の重要性を痛感する事になった。このようにガダルカナル島を巡る戦いでは、アメリカ軍が確保する同島ヘンダーソン飛行場が重要な役割を果たした。10月上旬、日本海軍は飛行場の機能を停止させるため、ラバウル航空隊の空襲と並行して戦艦・重巡洋艦による対地砲撃を計画（ヘンダーソン基地艦砲射撃）。まず第一次挺身攻撃隊（指揮官五藤少将：青葉、古鷹、衣笠、吹雪、初雪）を投入するが、ノーマン・スコット少将指揮下のアメリカ軍巡洋艦部隊に迎撃され五藤少将は戦死、旗艦青葉が大破、2隻（重巡古鷹、駆逐艦吹雪）が沈没して撃退された（10月11日夜サボ島沖海戦）。次に第二次挺身攻撃隊（指揮官栗田健男少将：戦艦金剛、榛名、第二水雷戦隊各艦）が10月13日夜半に飛行場砲撃を実施した。その頃、第八艦隊長官三川中将は鳥海とサボ島沖海戦から生還した重巡衣笠、駆逐艦2隻（天霧、望月）を率いてショートランド泊地から出撃。輸送船団を護衛しつつガダルカナル島へ接近した。14日深夜、鳥海・衣笠は飛行場に対し20cm砲弾752発を発射した。しかし第四水雷戦隊（旗艦秋月）が護衛していた輸送船団6隻は空襲により3隻を喪失した。15日夜にも重巡2隻（妙高、摩耶）及び二水戦駆逐艦により飛行場砲撃が行われた。だが、これらの艦砲射撃によってもヘンダーソン飛行場の機能を奪うことは出来ず、連合艦隊は再び戦艦による艦砲射撃と大規模輸送船団による兵力増強を計画する。11月中旬の第三次ソロモン海戦における鳥海は、空襲により若干の損害を受けた。経過は以下のとおりである。11月11日-12日の第三次ソロモン海戦第一夜戦で日本軍挺身艦隊（飛行場砲撃任務）は駆逐艦2隻（夕立、暁）を喪失し、12日昼間の空襲で戦艦比叡が沈没、駆逐艦雪風等が損傷した。戦艦霧島によるヘンダーソン飛行場砲撃も実施できなかった。11月13日夜、ガダルカナル島に西村部隊（指揮官第七戦隊司令官西村祥治少将：巡洋艦3隻《鈴谷、摩耶、天龍》、駆逐艦4隻《夕雲、巻雲、風雲、朝潮》）が突入し、重巡2隻によるヘンダーソン飛行場砲撃を実施。11月14日昼間、第八艦隊（鳥海、衣笠、五十鈴）は西村部隊と合流して退避中、ニュージョージア諸島南方でSBDドーントレス急降下爆撃機の攻撃を受ける。この攻撃隊は空母エンタープライズとヘンダーソン基地航空隊の両方からやってきた。鳥海は艦首至近距離と艦橋右舷への至近弾により、若干の損傷を受けた。僚艦からは衣笠沈没、摩耶・五十鈴中破の被害を出した。日本軍のガダルカナル島からの撤退後、鳥海は第八艦隊の旗艦任務を解かれた。