日军前进部队通过侦察机的报告知道美军舰队的位置后，近藤于7时14分命令“隼鹰”号航母起飞17架轰炸机和12架战斗机前去攻击。日军飞机到达美军舰队所在海域时发现“大黄蜂”号已奄奄一息，便转而准备攻击附近的巡洋舰，就在将要发起攻击时，忽然见另一艘航母从雨区驶出，这正是美军的“企业”号航母。
日机随即向“企业”号发起攻击。此时天空中布满了厚厚的阴云，这在一定程度为遮蔽日机做了掩护，他们渐渐向“企业”号的接近。
美军利用刚才两次空袭的间隙集中了两艘航母的战斗机来全力保护“企业”号航母。日机刚钻出云层准备俯冲就遭到了美军飞机的凶猛拦截，日机的攻击队形完全被打乱，还被击落了8架。当日机好不容易突破拦截准备攻击时，却发现自己已经找不到“企业”号航母了，于是他们只好攻击“南达科他”号战列舰和“圣胡安”号巡洋舰，这两艘美舰各中了一弹，受了轻伤。
至中午时分，日军已经取得了很大战果，但自身损失也不小，近藤决定调整部署，准备再次战斗。近藤命令受伤的“瑞凤”号航母和“翔鹤”号航母向北撤退；前进部队和机动部队的两支战列舰编队向南搜索，以扩大战果；“隼鹰”号和“瑞鹤”号在战列舰编队后面跟进，负责提供空中支援。
美军方面，金凯德见自己部队损失惨重，便率舰队向东撤退，只有“大黄蜂”号航母在“诺思安普敦”号的拖曳下以8节航速缓缓而行，逐渐落在后面。
下午，日机又对美军的“大黄蜂”号航母进行了4次攻击。日机先后有1条鱼雷和两枚炸弹命中了“大黄蜂”号。“大黄蜂”号主机舱进水，多处起火，舰体倾斜14度，第17特混编队司令莫雷尔见其已经无法挽回，便不得不下令弃舰。
17时许，护航的“麦斯廷”号和“安德森”号驱逐舰接下“大黄蜂”号航母的舰员后，奉命将其击沉。但两舰向该艘航母发射了全部的鱼雷和400余发炮弹，也没将其击沉，鉴于日军舰队即将逼近，最后他们只得离去。
20时，日军的战列舰编队赶到现场，他们见“大黄蜂”号上已经是一片火海，而且不时发生爆炸，无法拖带，便由“卷云”号和“秋云”号驱逐舰各发射两条鱼雷，最终将它击沉。日军在附近海域没发现美舰，便掉头向北返航。
10月27日凌晨，返航中的日军舰队遭到了从圣埃斯皮里图岛起飞的水上飞机的鱼雷攻击，他们的一艘驱逐舰被击伤。于是，近藤不敢再久留，便率领舰队直接撤往特鲁克。
圣克鲁斯群岛海战到此宣告结束。
★圣克鲁斯群岛海战的影响
圣克鲁斯群岛海战又被日军称为“南太平洋海战”，它是太平洋战争中日美双方的第4次航母大战。
在这次海战中，美军有1航空母舰和1艘驱逐舰被击沉，被击伤航母、战列舰、巡洋舰、驱逐舰各1艘，损失舰载机74架。日军无1艘军舰沉没，仅有两艘航母、1艘巡洋舰和1艘驱逐舰被击伤，损失舰载机100架。
从损失情况看，日军是胜利者。日军大本营对此战绩给予了高度的评价，天皇因此向山本五十六赐予“敕语”，以表彰联合舰队的英勇善战。但山本五十六的心情却很沉重。
因为，从战术上看，似乎是日军取得了胜利，但从争夺瓜岛的全局上看，此役的胜利对瓜岛的得失，影响不大。几乎在同一时间里，由于日军海战的胜利对地面作战毫无帮助，瓜岛上的日军对美军机场的第二次总攻又告失败，第2师团主力损失大半。
日本陆海军联合进攻夺取瓜岛的计划再次破产。日军在战役中损失的舰载机和有经验的飞行员，是难以弥补的。尤其是有经验的飞行员，日军已经再也损失不起他们了。
在此次战斗中，美军明显感觉到日军飞机的攻击已经远不及战争初期那么机警、老道了。而美军正好相反，他们无论对航母、舰载机还是有过充分训练的飞行员的补充，都是源源不断的。这是日军所无法比拟的优势，这样下去，美军将越来越强大，而日军则将越来越衰弱。
从这个角度来看，美军反而是用海战的失利换来了今后战略上的优势。
日本陆军已经3次失败，而美国人几乎每天都在加强他们的守备力量。在联合舰队司令部，山本五十六上将与参谋长宇垣中将私下里都认为，日军夺回瓜岛的可能性已经越来越小。
瓜岛上仍然让有接连不断的战事发生。显然，瓜岛争夺战已进入生死存亡的决定性时刻。
10月24日，罗斯福总统指示参谋长联席会议尽最大努力向瓜岛运送物资和人员。在总统的亲自过问下，美军除向瓜岛调派刚建成的最新式巡洋舰、驱逐舰和潜艇外，还从夏威夷和澳大利亚抽调飞机、舰艇，加强南太平洋部队。
圣克鲁斯群岛海战结束后，美国海军在南太平洋上的主力军舰只剩下1艘受伤的航母和1艘战列舰，“亨德森”机场上的“仙人掌航空队”也因为连日的战斗，飞机数量降低到29架，为开战以来的最低。但美军利用所罗门群岛上的岸基航空兵还掌握着瓜岛海域的制空权，这就保证美军能向瓜岛进行必要的增援和补给。哈尔西将一切可以动员起来的运输工具都用于瓜岛，全力运送弹药、燃料、食品。
10月30日，美军“亚特兰大”号巡洋舰和4艘驱逐舰护送一支小型运输舰队，给瓜岛上运来了被士兵们戏称为“长臂汤姆”的155毫米榴弹炮，这是范德格里夫特急需的火炮，它无论是在射程上，还是在射击效果上都胜过日军的150毫米火炮。
海战的胜利没有改变瓜岛日军的艰难处境，瓜岛上的美军于10月26日发动反击，日军因为连日激战，伤亡惨重，而且补给缺乏，疾病缠身，无力抗击美军的攻势，被迫退入丛林。
日军在丛林中饱受折磨，瓜岛的“瓜”在日语读音里有“饥饿”的意思，日军便将瓜岛称为“饥饿岛”；又由于瓜岛之战伤亡巨大，而且看不到结束的迹象，还有人把瓜岛叫做“死亡岛”。
11月1日，由惠尔林上校指挥的特种部队以及第5团的两个营，在护航舰队和装甲部队的支援下，渡过了马塔尼科河。一路上美军只遭到日军微乎其微的抵抗，一直到克鲁斯角，日军才凭借着复杂的地形，进行了顽强的防御。美军在强大炮火支援下，经过激战，终于占领了日军阵地。
另一方面，圣克鲁斯海战后，日军大本营盲目地乐观了起来。陆军参谋本部认为第17军只是“小试牛刀”，前两次进攻的受挫无伤大雅，他们只要坚定不移地增援百武晴吉，使他有力量发起第三次进攻，就可以拿下美军的“亨德森”机场。
于是，10月27日，日军大本营陆军部作战科科长服部卓四郎和主任参谋近藤传八登上瓜岛，开始协助百武制定作战计划，组织第三次总攻。
他们计划在11月上旬将第38师团主力送上瓜岛，12月上旬将第51师团送上瓜岛，再集中相当数量的重炮和充足的弹药，于12月中下旬发起第三次总攻。届时，还将以第6师团一个最精锐的步兵团搭乘装甲运输舰实施敌前登陆，配合作战。
日军在圣克鲁斯海战中有两艘航母受伤，不得不回国修理，而且舰载机损失惨重，一时也无法补充，使得机动部队必须回国休整。而南太平洋地区的岸基航空兵也在战斗中受到了很大损失，加上缺乏前进基地，必须从拉包尔起飞，受航程限制只能在瓜岛上空停留15分钟，因而，他们就不能对瓜岛美军机场实施有效的压制。日军无法取得瓜岛的制空权，也就无法组织大规模的运输，他们还是只能利用驱逐舰进行夜间运输。
自11月2日至10日，日军先后出动驱逐舰65艘次、巡洋舰两艘次向瓜岛运送部队和给养，但军舰的载重量有限，运送的人员物资有限，而且无法运送重装备，难以组织第三次总攻。
11月7日，美军的“仙人掌航空队”攻击了停留在“狭缝”海峡里准备晚上进行运输的日军11艘驱逐舰，接着图拉吉岛的鱼雷艇也加入攻击，挫败了日军的运输。
8日，哈尔西亲自飞抵瓜岛，他作了短暂视察，鼓舞了士兵的士气。在岛上进行的记者招待会上，哈尔西发表了夺取战斗胜利著名口号：“消灭日本人！消灭日本人！不断消灭日本人！”这一口号立即就成为了报纸的头条新闻。
哈尔西刚回到努美阿的司令部，就得到了珍珠港海军特别情报小组的报告。报告中表示，他们成功地破译了日军新密码，掌握了日军的作战计划。
被美军掌握的日军作战计划主要包括：11月11日空袭瓜岛机场，12日晚水面舰艇炮击瓜岛机场，13日出动航母编队，掩护大批地面部队在瓜岛登陆。
结合空中侦察和其他途径的侦察，美军也发现日军在特鲁克、拉包尔和肖特兰岛地区调动频繁。
范德格里夫特知道了日军的计划，他为了阻止日军可能的登陆，指挥部队继续推进。
11月10日，在猛烈炮火支援下，美军对日军的滩头阵地发起钳形攻势。经过激战后，除小部分日军逃入丛林外，其余均被美军歼灭。美军夺取了对其具有较大威胁的利科滩头阵地，并将日军在滩头囤积的物资尽数摧毁。
尽管驱逐舰运输的人员不多，但至11月10日，日军在瓜岛上的部队已达3万。鉴于总攻即将开始，日军迫切需要运送大批部队和重装备，而这单靠驱逐舰的夜间运输是远远不够的。于是，日军决定组织一支大型运输船队，将第38师团的1.35万人和重装备送上瓜岛。这支船队由11艘快速运输舰和12艘驱逐舰组成，由经验丰富的田中赖三少将指挥。
12日，这支部队从肖特兰岛出发，计划于14日抵达瓜岛。为确保这支船队的安全，联合舰队还令两艘航空母舰、4艘战列舰、12艘巡洋舰和36艘驱逐舰组成的舰队，提供掩护与支援，并将于12日、13日夜间对美军的“亨德森”机场进行大规模炮击。
美军也为了迎击日军的攻势，全力向瓜岛运送部队、装备和物资。哈尔西组织了一支运输船队，准备运送约6000人的陆军和海军陆战队部队和重装备。
这支船队分为两部分：A编队由斯科特少将指挥，编有3艘登陆运输舰，由1艘巡洋舰和4艘驱逐舰护航，11月9日从圣埃斯皮里图岛出发，计划于11日到达瓜岛；B编队由卡拉汉少将指挥，编有4艘运输舰，由4艘巡洋舰和8艘驱逐舰护航，11月8日从努美阿起航，计划于12日到达瓜岛。