Японские подводные лодки в это время уже крейсировали в водах между островами Гуадалканал и Флорида. Узнав об этом, адмирал Нойс получил разрешение адмирала Гормли вывести авианосное соединение из пролива. Таких образом, оборонять эти воды остались лишь соединения надводных кораблей под командованием Флетчера и Тернера.
Армейские самолеты обнаружили приближающиеся корабли японцев близ острова Бугенвиль, а несколько позже — близ острова Саво. К сожалению, пилоты приняли крейсера за эскадренные миноносцы.
Чтобы скрыть свои намерения, японцы сделали ложный поворот на Рабаул, затем полным ходом направились в район Соломоновых островов. Этот маневр несколько дезориентировал союзников, что и сказалось на действиях надводных кораблей в проливе у острова Саво.
Крейсера «Канбера», «Чикаго» и «Австралия» под прикрытием эскадренных миноносцев «Петерсон» и «Бэгли» крейсировали на линии между островами Саво и Гуадалканал. Крейсера «Сан-Хуан» и «Хобарт» с двумя эскадренными миноносцами крейсировали на линии между островами Флорида и Гуадалканал, а крейсера «Астория», «Куинси», «Винсенес» и эскадренные миноносцы «Вилсон» и «Хеям» — между островами Флорида и Саво. Два эскадренных миноносца, «Блю» и «Талбот», занимали позицию северо-западнее Саво.
Около 1 час. 30 мин. 9 августа корабли противника прошли почти в 500 м от эскадренного миноносца «Блю», однако их не заметили с миноносца. Пройдя вдоль западного берега острова Саво, японские крейсера повернули на восток в пролив и здесь натолкнулись на эскадренные миноносцы «Петерсон» и «Бэгли».
В 1 час. 43 мин. на «Петерсоне» объявили боевую тревогу, и корабль открыл огонь по головному японскому крейсеру. Ответным огнем эскадренный миноносец был поврежден. Морские самолеты, поднявшиеся с крейсеров, сбросили осветительные бомбы, при свете которых японцы обнаружили в радиусе действия артиллерии австралийский крейсер «Канбера» и тяжелый крейсер «Чикаго».
За четыре часа до этого командующий группой кораблей охранения английский контр-адмирал Кратчели на крейсере «Австралия» отбыл на совещание с адмиралом Тернером, который вместе с транспортами находился восточнее мыса Лунга. В связи с этим перед лицом пяти японских крейсеров оказалось лишь два корабля союзников.
Крейсер «Камбера» был выведен из строя артиллерийским огнем японцев еще до того, как его орудия успели открыть огонь. Поврежденный и объятый пламенем австралийский крейсер оставался на плаву до утра следующего дня, после чего был потоплен огнем орудий американских эскадренных миноносцев. Крейсер «Чикаго» из-за плохой организации опознавания открыл огонь по своему эскадренному миноносцу «Петерсон», который отвечал на огонь до тех пор, пока корабли не опознали друг друга.
Японские корабли обошли остров Саво и вступили в бой с крейсерами «Куинси», «Астория» и «Винсенес». Огонь орудий главного калибра японских крейсеров уже через 6 мин. вывел из строя все три корабля. Ответным огнем был поврежден японский флагманский корабль «Текай» — единственный корабль, поврежденный в этом бою. Выходя из пролива, японцы повредили эскадренный миноносец «Талбот», а затем пошли дальше курсом на запад.
Американо-австралийские силы понесли большие потери. Крейсера «Куинси», «Винсенес», «Астория» и «Канбера» пошли ко дну. В бою погибло около 1500 американских матросов и офицеров. Японцы же ушли почти без потерь. Поражение американцев в бою у острова Саво можно отнести за счет недостатков первых образцов радиолокаторов, недостаточной разведки, недостаточной подготовки к ведению ночных боев и отсутствия опыта проведения амфибийных операций. Это было одно из самых тяжелых поражений американского флота. Однако 6-му дивизиону японских крейсеров не дали уйти безнаказанным.
Утром 10 августа с подводной лодки «S-44», действовавшей в районе северо-западной оконечности острова Новая Ирландия, в 7 час. 50 мин. в перископ были замечены два тяжелых крейсера. Вскоре появились еще два крейсера. Японские корабли шли двумя колоннами; курсовой угол головного крейсера — 5° правого борта.
Командир лодки решил атаковать концевой корабль второй группы. Началось сближение. Личный состав занял свои места, торпедисты встали у аппаратов. Пять минут маневрирования вывели «S-44» на боевой курс 80°.
В 8 час. 08 мин. намеченный для атаки крейсер находился всего в 640 м от лодки и был на кресте нитей прицела. Последовал залп четырьмя торпедами при угле встречи 80°. Через 35 сек. после залпа первая торпеда попала в цель и раздался сильный взрыв. Подводная лодка ушла на глубину 40л. Так был потоплен крейсер «Како» водоизмещением 8800 т. Это был второй японский крейсер, потопленный за время войны, и первый крупный военный корабль, потопленный подводной лодкой.