Крейсера Доормана следовали в кильватерной колонне. В голове шел флагманский крейсер "Де Рейтер", за ним английский крейсер "Эксетер", американский - "Хаустон", австралийский - "Перт" и голландский - "Ява". Три английских эсминца образовывали завесу впереди соединения, два голландских находились на левом фланге, и четыре американских замыкали строй соединения. Через полчаса после выхода из Сурабайи Доорман обнаружил справа по носу две группы кораблей противника, которые шли на юго-запад, как бы намереваясь пересечь курс кораблей союзников.
В одной группе японских кораблей был легкий крейсер, который вел за собой 10 эсминцев, а во второй - два тяжелых крейсера, один легкий и флотилия эсминцев. Японцы открыли огонь с дистанции 25 км, еще за пределами дальности стрельбы орудий легких крейсеров союзников. Японцы пользовались самолетами для корректировки огня, однако некоторое время им не удавалось добиться попаданий. Затем 203-мм снаряд попал в крейсер "Эксетер", который сбавил ход и вышел из ордера. Следовавшие за крейсером корабли, полагая, что он делает поворот по приказу Доормана, также начали поворот влево, грозя тем самым привести в замешательство все соединение и подставить свой правый борт для торпедного залпа японцев. К счастью, все корабли остались целы, за исключением голландского эсминца, который получил попадание торпеды, разломился пополам и затонул. Затем, когда японцы приблизились, их артиллерии удалось накрыть и потопить еще один английский эсминец, который старался прикрыть поврежденный "Эксетер". Остальные крейсера начали отход и перестроение под прикрытием американских эсминцев, вышедших в торпедную атаку.
Убедившись в бесполезности попыток атаковать японские транспорты под покровом темноты, корабли союзников отошли к Сурабайе и около 21.00 подошли к своей базе. Эсминцы, которые уже израсходовали все торпеды и у которых топливо было на исходе, также вернулись в базу. Здесь уже находился поврежденный "Эксетер", прибывший в сопровождении голландского эсминца,
Когда разбитая эскадра союзников шла на запад вдоль побережья Явы, взорвался и затонул еще один английский эсминец. Он, очевидно, попал на голландское минное поле, которое было только что поставлено, и адмирал Доорман о нем ничего не знал. Выслав свой последний эсминец к месту гибели корабля, чтобы принять на борт уцелевших моряков, Доорман с четырьмя оставшимися крейсерами повернул на север и в 23.00 встретился с японскими кораблями прикрытия. После двадцатиминутной артиллерийской дуэли японцы атаковали крейсера торпедами, добившись попаданий в "Де Рейтер" и "Яву". Когда флагманский корабль Доормана уже тонул, он успел передать сигнал крейсерам "Хаустон" и "Перт", последним оставшимся в строю кораблям АБДА, следовать в Танджонг-Приок, куда они и прибыли на следующий день,
Союзники уходят с Явы
Корабли союзников, оставшиеся в строю, были теперь разделены между двумя базами - Танджонг-Приоком и Сурабайей, в то время как между ними уже находились крупные японские силы. Возникла проблема - как выбраться из Яванского моря на виду у противника, контролировавшего все выходы из него. Благополучно уйти оттуда удалось только четырем американским эсминцам. Выйдя из Сурабайи, они вечером 28 февраля проскользнули через пролив Бали и после короткой перестрелки с японскими эсминцами взяли курс на Австралию. Осадка "Эксетера" не позволяла ему пройти тем же проливом, поэтому он получил приказ пройти через пролив Грейт-Чаннел, но был перехвачен японскими кораблями и потоплен. Вместе с ним погибли и два сопровождавших его эсминца. Крейсера "Хаустон" и "Перт" вместе с голландским эсминцем вышли из Танджонг-Приока вечером 28 февраля. Они уже почти достигли пролива Грейт-Чаннел, когда за час до наступления темноты встретили десантное соединение противника. Союзные крейсера потопили или заставили выброситься на берег четыре японских транспорта, но вскоре их самих настигли и потопили японские корабли прикрытия. Несколько кораблей союзников, базировавшихся на Чилачап, по приказу адмирала Хэлфрича 1 марта также оставили базу. Соединению авианосцев и линейных кораблей адмирала Нагумо удалось перехватить некоторые из них, в том числе два американских эсминца и канонерскую лодку, но большинству все же удалось благополучно добраться до Австралии.
В ночь на 28 февраля японцы начали высадку десанта на Яву. Батавия и Сурабайя быстро пали, а к 9 марта японцам удалось захватить весь остров.
Стабилизация обстановки на Тихом океане
В то время как флот АБДА стремился выиграть время, силы союзников укрепляли линию обороны, на которой США решили задержаться во что бы то ни стало. Это потребовало усиления основных баз на коммуникациях между США и Австралией, а также мобилизации сил самой Австралии. В начале февраля в Австралию прибыл американский вице-адмирал Лири, чтобы принять командование объединенными австралийско-новозеландскими силами (АНЗАК), сформированными по рекомендации объединенного англо-американского штаба после того, как были разгромлены силы АБДА.