Адмирал МакМоррис решил принять бой, каким бы ни было соотношение сил. Он лег на курс преследования японских транспортов. Оставалась вероятность, что японцы разделят свои силы, пытаясь прикрыть отходящий конвой. Американская оперативная группа сомкнулась. «Ричмонд» и «Солт Лейк Сити» шли в строе кильватера, эсминцы авангарда «Бейли» и «Коглан» держались на левом крамболе легкого крейсера, а «Дейл» и «Монагхэн» — на правой раковине тяжелого. Американцы начали преследовать уходящие транспорты, но японский адмирал разгадал замысел МакМорриса. Вместо того чтобы разделить силы, он, наоборот, сомкнул строй и двинулся в атаку.
«Нати» открыл огонь в 08.40 с дистанции примерно 10 миль. Японские артиллеристы быстро пристрелялись, их залпы начали накрывать «Ричмонд». Но ударная волна первого же залпа повредила 2 гидросамолета, стоящие на правой катапульте крейсера. В результате их пришлось сбросить в воду и поднять удалось только разведчик, стоявший на левой катапульте. В течение всего боя этот гидросамолет служил корректировщиком. На допросе после войны капитан 2 ранга Миура показал, что это был единственный японский самолет в районе боя. У американцев в воздухе не было вообще ни одной машины.
Вскоре после первого залпа «Нати» и «Майя» выпустили торпеды, но те прошли далеко от цели. На таком большом расстоянии и не следовало ожидать попаданий, однако неисправности орудий главного калибра создали серьезные проблемы экипажу «Нати». После первого залпа пропала электроэнергия, и его главный калибр замолчал. В течение 30 минут орудия оставались на максимальном угле возвышения, что не позволяло их заряжать, так как генераторы не работали из-за малого давления пара.
«Ричмонд» и остальные американские корабли открыли огонь через несколько секунд после первого залпа «Нати». Американцы также быстро пристрелялись, и завязалась жаркая дуэль, которая продолжалась первые 15 минут. «Майя» несколько раз накрывал «Ричмонд», а потом перенес огонь на «Солт Лейк Сити», единственный американский корабль, способный ответить японцам из тяжелых орудий. Залпы 203-мм орудий «Солт Лейк Сити» ложились все ближе к цели по мере того, как сокращалась дистанция. Японские корабли начали постепенно отжимать американцев на запад. Артиллеристы «Солт Лейк Сити» не имели большого опыта, но сумели добиться нескольких попаданий.
Начальник штаба адмирала Хосогая капитан 2 ранга Сигефусо Хасимото позднее рассказывал: «Через 5 или 10 минут после начала боя «Нати» получил попадание в заднюю часть мостика снарядом с синим красителем, который убил 5 или 6 связистов и ранил еще около дюжины. Начался маленький пожар, который был быстро потушен».
Итак, первый удар нанесли все-таки американцы. Но превосходство противника в силах вынудило их отходить. Группа адмирала МакМорриса зашла слишком далеко на северо-запад в направлении Командорских островов, и теперь возникла опасность, что она будет отрезана от своих баз. Поэтому американская эскадра должна была прорываться на восток к Алеутским островам. Требовалось срочно что-то предпринять.
Но прежде чем американцы начали маневрировать, «Солт Лейк Сити» получил попадание и был поврежден. В 09.10 снаряд пробил его корпус ниже ватерлинии, прошел через коридор гребного вала и взорвался в топливной цистерне. Некоторые трубопроводы были разорваны, вода и нефть хлынули в кормовое машинное отделение. Аварийная партия крейсера сумела остановить затопление, вал не был заклинен. Но крейсер получил крен, и это стало лишь началом серии поломок, которые серьезно помешали ему в дальнейшем.
Но в ответ последовали попадания в «Нати» и легкий крейсер «Тама». Однако повреждения были поверхностными, и корабли присоединились к тяжелому крейсеру «Майя» и легкому крейсеру «Абукума», которые пытались нанести решающий удар «Солт Лейк Сити». Японские залпы неоднократно накрывали тяжелый крейсер, хотя МакМоррис несколько раз резко менял курс, пытаясь оторваться от противника. Американские артиллеристы добились нескольких попаданий во флагманский корабль Хосогая, и к 09.50 на крейсере «Нати» стали заметны следы серьезных повреждений. После войны японцы отметили стрельбу американских эсминцев. Капитан 2 ранга Миура признал: «Их снаряды сыпались градом».
В 10.10 МакМоррис по УКВ приказал повернуть еще раз, чтобы оставить противника за кормой.
Именно в этот момент «Солт Лейк Сити» получил еще один удар снарядом, который пробил главную палубу. Хотя он не взорвался, несколько отсеков были затоплены. После этого эсминцы попытались прикрыть поврежденный крейсер. «Бейли» и «Коглан» открыли огонь по японскому легкому крейсеру с дистанции 15000 ярдов. Одновременно эсминцы вели интенсивный огонь по находящемуся в воздухе японскому самолету-корректировщику.