Jabarkan Aksi 30 Januari dari Pertempuran Pulau Rennell

Halsey segera mengambil langkah-langkah untuk melindungi Chicago yang sudah rusak. Kapal-kapal induk kawal dimintanya untuk memastikan pesawat-pesawat patroli tempur dapat diberangkatkan setelah hari mulai terang. Satuan tugas Enterprise dimintanya untuk mendekat dan menambah jumlah pesawat patroli tempur kapal induk kawal. Kapal tunda Navajo juga diminta untuk mengambil alih tugas menarik Chicago dari Louisville, dan terlaksana pada pukul 08.00. Antara saat fajar hingga pukul 14.00, sejumlah pesawat pengintai Jepang mendekati Satuan Tugas 18. Meskipun semua akhirnya diusir oleh pesawat-pesawat patroli tempur, pesawat pengintai Jepang masih dapat mengamati dan melaporkan posisi Chicago. Pukul 12.15, 11 pengebom torpedo Tipe 1 dari Grup Udara 751 yang berpangkalan di Kavieng dan memakai Buka sebagai daerah singgahan, melakukan serangan terhadap kapal penjelajah Chicago yang sedang ditarik oleh kapal tunda. Kapal-kapal Amerika Serikat sudah mengantisipasi kedatangan pesawat-pesawat pengebom setelah adanya laporan berisi peringatan dari coastwatcher Australia di Kepulauan Solomon yang memperkirakan waktu kedatangan pesawat Jepang pada pukul 16.00. Meskipun demikian, Halsey memerintahkan kapal-kapal penjelajah lainnya untuk meninggalkan Chicago di belakang, dan menuju pelabuhan Efate di Hebrida Baru. Setelah melepas enam kapal perusak untuk melindungi Chicago and Navajo, armada Halsey sampai di Efate pada pukul 15.00.

Pada pukul 15.40, Enterprise berada 69 km (43 mil) dari Chicago. Sepuluh pesawat tempur dari Enterprise membentuk patroli udara tempur untuk melindungi Chicago yang sudah rusak. Empat pesawat patroli udara tempur yang melakukan pengejaran menembak jatuh satu pengebom Tipe 1 yang bertindak sebagai pemandu. Pada pukul 15.54, radar Enterprise mendeteksi kedatangan kawanan pesawat pengebom Jepang, dan meluncurkan 10 pesawat tempur tambahan untuk menyerang formasi pesawat Jepang. Namun kapal-kapal induk kawal mengalami kesulitan teknis dalam meluncurkan pesawat-pesawat mereka hingga tidak dapat bergabung dengan formasi patroli udara tempur yang menyerang pesawat pengebom Jepang hingga pertempuran berakhir.

Pada awalnya, pesawat-pesawat pengebom Jepang tampak sedang mencoba mendekati dan menyerang Enterprise, tapi kemudian berbelok menuju Chicago setelah diserang oleh enam patroli udara tempur dari kapal induk Enterprise. Empat pesawat patroli udara tempur lainnya mengejar pesawat-pesawat pengebom Jepang dari Grup Udara 751 pada saat mereka masuk dalam jangkauan tembakan senjata antipesawat dari kapal penjelajah kawal Chicago. Dua pesawat pengebom ditembak jatuh sebelum mereka dapat menjatuhkan torpedo. Enam pesawat pengebom Jepang ditembak jatuh tak lama kemudian, namun setelah mereka melepaskan torpedo-torpedo yang mereka bawa.

Satu buah torpedo menghantam kapal perusak USS La Vallette di bagian kamar mesin depan, menewaskan 22 awak kapal dan menimbulkan kerusakan berat. Chicago menjadi sasaran empat buah torpedo, sebuah torpedo bersarang di bagian depan anjungan, dan tiga torpedo lainnya mengenai bagian mesin. Nakhoda Chicago, Ralph O. Davis memerintahkan para awak untuk meninggalkan kapal, dan kapal penjelajah itu tenggelam, dimulai dari bagian buritan, 20 menit kemudian. Navajo dan kapal-kapal perusak yang mengawalnya berhasil menyelamatkan 1.049 awak kapal Chicago yang selamat, namun 62 awak kapal tewas. Serangan terakhir dari pesawat-pesawat pengebom torpedo Jepang gagal menemukan kapal-kapal Amerika Serikat yang lainnya. Navajo menarik La Vallette, dan semua kapal dari Satuan Tugas 18 yang tersisa dapat kembali ke pelabuhan Espiritu Santo tanpa ada insiden lebih lanjut.