サンフランシスコ (重巡洋艦)
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→「第三次ソロモン海戦」も参照
10月31日、第65任務部隊はガダルカナル島への増援部隊を乗せた輸送船団を護衛してエスピリトゥサント島を出撃した。護衛任務のついでに、「サンフランシスコ」と「ヘレナ」はガ島のコクンボナ（英語版）とコリ岬に対して艦砲射撃を行い、日本軍の物資集積所を破壊した。輸送部隊は11月6日に揚陸を完了。11月8日にエスピリトゥサント島に帰投し、「サンフランシスコ」は新たに第67.4任務群の旗艦となった。アメリカ軍はキャラハン少将の任務部隊と、スコット少将の任務部隊で、再びガ島高速輸送船団を編成する。2日後の11月10日、「サンフランシスコ」は再びガダルカナル島方面に向けて出撃した。正午前、部隊は日本の水上偵察機に発見された。それでも、部隊は11月12日にルンガ岬に到着し、増援部隊の揚陸を始めた。
昼を少し回った頃、ラバウルを発進した日本の航空部隊（ラバウル航空隊）が接近しつつあるという警報が発令された。13時18分、艦船は空襲に備えて動き出した。はたして、14時8分に21機の一式陸上攻撃機が空襲を仕掛けてきた。14時16分、1機の雷撃機が撃たれつつも「サンフランシスコ」の右舷艦尾方向に向けて魚雷を落とした。魚雷は「サンフランシスコ」に沿って通過していき命中しなかったが、雷撃機そのものが艦尾コントロール室に激突した後、海中に転落した。この激突により15名が戦死し、29名が負傷、1名が行方不明となった。「サンフランシスコ」の第二戦闘指揮所では火災が発生したが、夜までには消し止められた。また、20ミリ機銃3基が破壊された。
「サンフランシスコ」は負傷者を攻撃輸送艦「プレジデント・ジャクソン（英語版）」に移送した。ターナー提督は日本艦隊（飛行場砲撃部隊）の来襲に備えて輸送船団を退避させ、一部兵力（重巡「ペンサコーラ」、駆逐艦「プレストン（英語版）」、「グウィン」）を第16任務部隊の護衛にまわし、キャラハン少将とスコット少将の巡洋艦部隊を金剛型戦艦を含む日本艦隊にぶつけた。巡洋艦部隊の指揮は、キャラハン少将が旗艦「サンフランシスコ」からとることになった。カッシング・ヤング艦長は、この任務が自殺に等しいとキャラハン提督に語っていたという。
キャラハン少将指揮下の巡洋艦戦隊はガダルカナル島沖に戻り、深夜レンゴ水道（英語版）に入った。
11月13日午前1時24分（通報午前1時27分）、SGレーダー搭載の「ヘレナ」が北西方向27,000ヤード（先頭の「カッシング」から距離24キロ）の距離に挺身攻撃隊（日本軍飛行場砲撃部隊）を探知し、これを受けてキャラハン少将は丁字戦法で日本艦隊を待ち受けた。だがキャラハン少将は効果的な命令を出せず、先制攻撃のチャンスを失った。そして駆逐艦「夕立」「春雨」が第67.4任務部隊の鼻先に出現し、衝突回避行動がきっかけとなって陣形が崩れた。こうして「停電した後の酒場の大騒ぎ」がはじまった。
午前1時48分、「サンフランシスコ」は真っ暗闇の中に浮かんだ敵巡洋艦を右舷方向に発見し砲撃した。「サンフランシスコ」は僚艦と協同で駆逐艦「暁」を沈めたかもしれない。つづいて右舷前方の敵駆逐艦を目標に砲撃したが、これが「アトランタ」だった。「サンフランシスコ」の主砲弾は「アトランタ」に命中して多大な損害を与えた。この誤射の前後、「アトランタ」は戦艦「比叡」（第十一戦隊旗艦、阿部弘毅少将）の第一斉射で艦橋などが激しく撃たれ、敵味方からの砲撃によりスコット少将や「アトランタ」の幹部の多くが戦死した。「サンフランシスコ」は、「アトランタ」に対して8インチ砲を19発命中させた後、遅ればせながら相手が味方である事を認め砲撃中止を命令したが、この命令はどういうわけか味方の全艦艇にも通信され、アメリカ側を更に混乱させた。「サンフランシスコ」の誤射は、「アトランタ」の沈没直前に改めて判明した。「アトランタ」の上部構造物に緑色の染料が付着していたが、「サンフランシスコ」の着色弾は他の艦とは違って緑色の着色弾を使用していた。
砲撃中止命令に動揺した第67.4任務部隊各艦からの問い合わせに対し、キャラハン少将は「敵を叩け」「敵の大物を狙え」と指示した。「サンフランシスコ」は自ら手本を示すように戦艦「比叡」「霧島」に砲撃戦を挑み、手痛い反撃を食らった。金剛型戦艦2隻と軽巡洋艦「長良」（第十戦隊司令官木村進少将）および麾下駆逐艦のよい目標となったのである。日本側各艦は砲雷撃を「サンフランシスコ」に浴びせた。砲弾は「サンフランシスコ」の左舷側に次々と命中。艦橋に命中した砲弾は全ての高級幹部をなぎ倒したか、ひどく傷つけたと思われた。わずかに生き残った者も無傷では済まなかったが、数少ない生き残りのブルース・マッカンドレス少佐（通信将校）が指揮を執り、被害対策担当班のハーバート・E・スキャンランド（英語版）少佐とともに艦を浮かす努力をした。スキャンランド少佐はマッカンドレス少佐に操舵室にいるよう頼み、操舵装置とエンジン制御装置を第二戦速にシフトした。間もなくコントロールの自由を失ったが、司令室からの操作により辛うじて回復した。しかし、艦内の状態は滅茶苦茶になっていた。やがて日本艦隊は去っていき、「サンフランシスコ」もガダルカナル島の北岸に沿って東に向けて航行した。
「サンフランシスコ」では77名が戦死した。その中には、キャラハン少将以下任務部隊の幕僚、およびヤング艦長以下の幹部も含まれていた。
また105名が負傷し、7名が行方不明になったが、そのうちの3名は後に救助された。「サンフランシスコ」には45発もの命中弾があった。「比叡」と「霧島」はヘンダーソン飛行場砲撃のため三式弾を多く搭載していたが、三式弾は徹甲弾と比べて貫通力が弱く、命中弾の多さの割には装甲を貫いて穴を開け、致命傷を与えるような損傷がほとんどなかった。上部構造物に対する被害は大きかったが、喫水線より下には命中弾がなかったのである。これが「サンフランシスコ」には幸いした。火災も艦内の22箇所から発生したが、全て消し止められた。
4時を回り、「サンフランシスコ」は応急修理のためエスピリトゥサント島に針路を定め、「ヘレナ」と「ジュノー」がこれに続いて3隻はシーラーク水道（英語版）を通過しサンクリストバル島近海を航行しつつあった。10時を過ぎた頃、「ジュノー」の医療班が「サンフランシスコ」に移って負傷者を治療するため近寄ってきた。その頃、「ヘレナ」艦長ギルバート・C・フーバー（英語版）が指揮する残存艦隊に、潜水艦「伊26」が接近していた。「伊26」は「サンフランシスコ」へ向け魚雷3本を発射してきたが、全て命中しなかった。外れた魚雷1本が「ヘレナ」に向かったが、これも命中しなかった。しかし魚雷1本が「ジュノー」の火薬庫に命中し、同艦は轟沈した。「サンフランシスコ」には「ジュノー」の残骸が降りかかり、1名の乗組員が残骸の直撃を受けて両足を骨折している。フーバーは指揮下各艦を安全に離脱させることを選び、「ジュノー」生存者の救助をせず、エスピリトゥサント島に急いだ。
第67.4任務部隊は大損害をうけたが、日本軍のヘンダーソン飛行場砲撃を阻止することには成功した。11月14日午後、「サンフランシスコ」はエスピリトゥサント島に帰投した。「サンフランシスコ」は「アトランタ」を誤射して多くの将兵の殺傷、また自沈せざるをえない損害を与え、撤退の際に「ジュノー」の乗員を見捨てたが、13日の戦闘と10月11日から12日のエスペランス岬沖での奮戦ぶりが讃えられ、殊勲部隊章（英語版）が授けられた。
エスピリトゥサント島で損傷した「サンフランシスコ」の応急修理が行われたが、皮肉にもその作業を担当したのは戦死したヤングがかつて艦長を務めていた工作艦「ヴェスタル」であった。11月18日、「サンフランシスコ」はヌメアに向けて出港。ヌメアに到着後11月23日にアメリカ本土に向けて出港した。12月11日、満身創痍の本艦はサンフランシスコに帰投した。3日後、メア・アイランド海軍造船所で修理が始まった。修理の際、上構の小型軽量化が図られ、艦橋は小型のものに作り替えられている。