根据尼米兹的命令，戈姆利组织了一支运输船队，以2艘运输船运载陆军第164团的3000官兵，由8艘驱逐舰护航，于10月9日从努美阿起航。为保障航渡安全，美军出动了三支编队进行掩护，一是以“大黄蜂”号航母为核心的航母特混编队，部署于瓜岛西南约180海里，二是以“华盛顿”号战列舰为核心的特混编队，部署于马莱塔岛以东约50海里，三是以巡洋舰、驱逐舰编成的第64特混编队，部署于瓜岛以北海域，负责掩护运输船队，并阻击日军的增援。

　　双方的增援部队都顺利上岛，但双方的掩护部队，日军的第6巡洋舰战队和美军的第64特混编队却在瓜岛的埃斯佩兰斯角附近海域遭遇，爆发了一场激烈的海战。

　　日军运输船队于10月11日八时三十分被美军的侦察机发现，日军随即派出战斗机在船队上空掩护。而美军“仙人掌”航空队正忙于应付日军对亨德森机场的空袭，无力顾及。美军就指派正在瓜岛西南的第64特混编队前去截击，该编队由斯科特少将指挥，下辖4艘巡洋舰和5艘驱逐舰。斯科特接到命令后，立即率部向日军所在海域急进。

　　日军的第6巡洋舰战队由五藤存知少将指挥，于11日十二时从肖特兰岛出发，为避免受到空袭，日落前一直没进入美机活动半径——距瓜岛200海里范围内，天黑后，侦察机报告没有任何敌情，便加速到30节，以3艘巡洋舰排成间距1200米的单纵列，以2艘驱逐舰在左右前方警戒，直扑瓜岛。二十时二十分，得到运输船队安全抵达的报告，五藤决定从萨沃岛南水道进入铁底湾，对亨德森机场实施炮击。

　　二十一时许，美舰绕过瓜岛西海岸，向萨沃岛方向航行，航行队形是三艘驱逐舰在前，四艘巡洋舰居中，两艘驱逐舰殿后，巡洋舰之间间距600码，驱逐舰之间间距500码，巡洋舰与驱逐舰之间间距为700码。二十一时三十分，斯科特命令四艘巡洋舰起飞各自舰载侦察机进行侦察，但“盐湖城”号的舰载机在起飞时发生故障而起火焚毁，“海伦纳”号则害怕舰载机在海战中被击中起火，在接到起飞命令前就已经将飞机抛入海中，这样就只有“旧金山”号和“波伊斯”号两舰派出了飞机。此时日舰队已到达美舰队的西北约50海里处，而且双方正相向而行，距离迅速缩短。很快日舰看到了美军“盐湖城”号飞机燃烧的火光，却认为是瓜岛日军发出的信号，还用灯光信号进行联络，因能见度很差，灯光信号强度又小，美军没有发现。

　　二十二时五十分，“旧金山”号的侦察机报告在瓜岛以北，距萨沃岛16海里处发现日军一艘大舰和两艘小舰。这是日军的增援群，美机报告的编成不对但位置是对的。斯科特认为这个编队规模较小不是指挥部所通报的，很可能在附近有日军的两支编队，他决定先去搜索通报的大编队，如果找不到再回头攻击这支小编队。

　　双方继续前进，距离缩短到仅数海里，由于夜深雾浓，擅长夜战的日军没发现美舰，美军也没发现日军。二十三时二十五分，装备新式SG雷达的“海伦纳”号在27000米距离上发现一批日舰，斯科特的旗舰“旧金山”号装备的是陈旧的SC雷达，性能较差，而且考虑到日军装备有能够接受这种雷达电波的接受机，所以没有使用，完全依靠飞机和友舰提供敌情。斯科特根据这一报告，知道在其左右各有一敌编队，决定转向封锁萨沃岛与埃斯佩兰斯角之间水域，这样既可切断被飞机发现的日舰退路，又能阻止被“海伦纳”号发现的日舰接近瓜岛，便命令各舰从左向后以230度航向鱼贯转向，这一转向使美军无意中占据了海战中绝对有利的T字横头阵位，并立即发现了右后方出现数艘军舰，斯科特还以为是前面的三艘驱逐舰因为转向时舵角较小，被甩到了外侧后从右后赶上来，所以没有下令开炮。而“海伦纳”号很清楚这是日舰，当接近到5000米距离时，“海伦纳”号舰长用报话机请求斯科特准许开火，但由于使用的暗语意思含糊，斯科特不能准确明白他的真实意思，再反复询问耽误了数分钟后才同意开火，“海伦纳”号首先开始射击，其他军舰也随着开火。

　　日舰也于几分钟前发现了美舰，但因能见度较差，无法分清敌我，五藤下令各就各位准备战斗，并准备缩短距离发出识别信号。突然，对方（美舰“海伦纳”号）打开探照灯，并开始射击，日舰还以为是运送增援部队的友舰，五藤命令旗舰“青叶”号连续发出“我是青叶，我是青叶”的灯光信号，表明身份，美舰炮火非常准确，一发炮弹正中舰桥，五藤身负重伤，不久死去，他至死还认为是友舰误击，嘴里一直骂个不停。“青叶”号接连中弹，二号、三号炮塔均被摧毁，通信设备也被击毁，只得施放烟幕，右转180度向西北规避。

　　在“青叶”号后面1500米的“古鹰”号也跟着转向，随即遭到美舰密集炮火射击，主炮和鱼雷发射管先后被击毁，甲板燃起大火，成为美舰集中射击的明显目标。

　　美军完全可以在日舰转向时对转向点的日舰逐一集中射击，使日军毫无还手之力，但斯科特无法辨别敌我，以为射击的目标是前卫驱逐舰，于二十三时四十七分下令停火，“海伦纳”号等几艘军舰仍在继续射击，斯科特一再重申，并亲自督促旗舰停火，这才停止了射击，他仍不放心，就用报话机询问驱逐舰大队的指挥官托宾上校：“巡洋舰是否射击过你？”托宾回答：“我不知道巡洋舰射击的是谁。”但斯科特还不放心，命令驱逐舰打开识别灯，见到灯光信号，他才彻底放心于二十三时五十一分下令恢复射击。但就在这几分钟里，日舰已经完成了转向，特别是“衣笠”号巡洋舰和“初雪”号驱逐舰没有机械地从右向后，而是从左向后转向，完全未遭攻击。

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