美军在伦多瓦岛登陆后，日军急于向韦拉港(科隆班加腊岛)增援，而后转至蒙达(新乔治亚岛，以加强那里的布防。7月4日，金冈国三海军大佐率领“长月”号、“皋月”号、“新月”和“夕凪”号4艘驱逐舰装载1300名陆军部队和一批作战物资，于16时从布因出海南下。美军为了保障进攻蒙达的部队顺利登陆，派遣安斯沃思编队进入库拉湾，去切断日军的增援并炮击韦拉港。7月4日午夜稍过，美编队进至预定水域，其“檀香山”号、“海伦娜”号、“圣路易斯”号3艘巡洋舰及“奥邦农”号等驱逐舰对韦拉港及其附近的岸炮阵地开始射击。正在这时，金冈指挥的4艘驱逐舰也进入库拉湾，见对方兵力较强，无意近战，便在暗夜中从6000米的距离悄悄实施鱼雷攻击。“长月”号发射6条，“新月”号和“夕凪”号各发射4条鱼雷后，掉头撤离，放弃输送任务，5日6时回到布因。美编队刚发现海上有不明目标向西北方向移动，还未弄清情况就见鱼雷航迹逼近。“斯特朗”号驱逐舰被击中，机舱进水，向右倾斜，失去航行能力。安斯沃思海军少将派出2艘驱逐舰去援救，又受到日军岸炮的射击。1艘美驱逐舰开炮掩护，另1艘靠近救出241人后，将“斯特朗”号放弃(后沉没)。5日晨，安斯沃恩编队回到图拉吉港。
金冈大队增援失败返航后，日军又派杉野修一海军大佐指挥10艘驱逐舰继续完成增援任务。杉野将所辖舰只分编三队：“新月”号、“凉风”号、“谷风”号为火力支援队；“望月”号、“三日月”号、“滨风”号为第1输送队；“天雾”号、“初雪”号、“长月”号、“皋月”号为第2输送队。杉野以“新月”号为旗舰，5日中午率队从布因启航，在肖特兰港稍停。同日17时30分离开肖特兰。共载运2400名陆军部队和180余吨作战物资向东南驶去。
杉野编队一离开布因，就被美谍报人员察知，并发回报告。据此，哈尔西电令安斯沃思将军速去截击。安斯沃思率“檀香山”号、“海伦娜”号、“圣路易斯”号3艘巡洋舰和“尼古拉斯”号、“奥邦农”号、“雷德福”号、“勒金斯”号4艘驱逐舰，约于5日17时从图拉吉港出航，以29节航速，向新乔治亚海峡急驰。约于午夜，7艘美舰以单纵队经新乔治亚岛西北水域驶向库拉湾，并进入战斗部署，航速降为25节，搜索前进。
这时，三队日驱逐舰也从布拉基特海峡进入库拉湾。杉野命令第1输送队(由析田掌雄海军中佐指挥)靠近科隆班加腊岛航行，驶入韦拉港卸载。其余7艘驱逐舰仍以单纵队向北航进。半小时后，杉野率队转向180度向南航进；不久，又令第2输送队驶向韦拉港，而火力支援队在附近担任警戒。
正当第2输送队与火力支援队分开时，被美舰的雷达员发现。安斯沃思立即下令把航行序列变为战斗序列，准备战斗。但因科隆班加腊岛的岸影混入雷达屏幕，图象混杂，无法判断日舰的艘数、队形和航向。15分钟后，即约于6日1时50分才基本弄清有两群日舰。安斯沃思命令各巡洋舰首先炮击较近的日舰群(火力支援队)，然后再打击另一群日舰。
这时，杉野已发现美舰，遂将航速增至30节，并令满载人员和物资的第2输送队迅速向自己靠拢，准备进行海战。2时许，美巡洋舰从7000余米的距离对日舰开炮。日“新月”号首当其冲，被击中数弹，舵机失灵，无法航行，杉野司令也被弹片击毙。但“海伦娜”号由于没有无焰火药，一开炮就暴露了目标。日火力支援队的“凉风”号、“谷风”号立即进行反击，连续发射16条鱼雷。
安斯沃思不知日舰已经发射鱼雷，继续以原航向进行炮击。这时“凉风”号的探照灯被击碎，舰首炮已不能使用，机关炮的弹药箱着火，舰壳被击穿数处。“谷风”号的锚机舱中了1发未爆炸的炮弹，使粮食仓库进水。“新月”号正在下沉，受伤不重的“凉风”号和“谷风”号施放烟幕，向西北方向退去。安斯沃思见对方已不再还击，以为这群日舰已被消灭，则发出转向的信号。还没来得及执行这项命令，日舰最初发射的鱼雷已经逼近目标。“海伦娜”号被击中3条鱼雷，其中1条将舰首炸断，大量进水，岌岌可危。
安斯沃思全神贯注地指挥整个编队转向，而未注意到“海伦娜”号已受重创。转向后，日第2输送队的4艘驱逐舰在美舰的雷达荧光屏上出现。距离1．3万余米，美舰修正航向接敌。相距1．1万余米时，安斯沃思下令开炮。后又几经调整航向，巧妙机动，终于占领了“T”字横头阵位，使己方各舰均可使用右舷火力集中轰击日舰，而日方只有前导舰才能还击。日第2输送队的旗舰“天雾”号转瞬间被击中4发炮弹。在其后面跟进的“初雪”号被击中3发炮弹，虽然都未爆炸，可是该舰的射击指挥仪、通信设备和操舵装置均被打坏，一个锅炉被击穿，一座鱼雷发射管被击破，3条备用鱼雷被毁，并有5人丧生。在其后面的“长月”号和“皋月”号见此情况，急速后转，驶向韦拉港，以使舰上所载的部队上岸和卸下物资。“天雾”号和“初雪”号受到炮击后，分别向右、向左转向，施放烟幕，摆脱美舰，驶向韦拉港去卸载。在与日第2输送队交战的过程中，美舰“奥邦农”号曾从约1万米的距离上发射5条鱼雷，因日舰转向而未命中。“尼古拉斯”号因雷达没有发现目标，不曾射击。“雷德福”号仅向逐渐下沉的“新月”号发过炮，而“勒金斯”号所发射的鱼雷实际上是指向一个虚幻的目标。安斯沃思从雷达荧光屏上除看到己方的军舰外，未再发现其他目标，这时，他已知道“海伦娜”号负伤。6日2时许，安斯沃思认为日舰都已撤离，便指派“尼古拉斯”号和“雷德福”号去援救“海伦娜”号，自己率其余舰只向图拉吉港返航。
当“尼古拉斯”号、“雷德福”号赶到“海伦娜”号受创水域时，才知该舰已沉，仅被炸断的舰首部分还在水面漂浮。这两艘驱逐舰放下小艇打捞幸存的舰员，约20分钟后，通过雷达发现西方有两个目标迅速接近。这2艘美舰中止救生，立即撤离。原来，日火力支援队的“凉风”号和“谷风”号首次交战后，撤至安全距离上重新装填鱼雷，然后回战场准备再战。但在黑暗中，日舰没有发现“尼古拉斯”号和“雷德福”号，徒劳而归。“凉风”号、“谷风”号远离后，上述两艘美舰又回来继续打捞落水人员。
与此同时，日第2输送队的4艘驱逐舰摆脱美舰后，分别驶往韦拉港卸载。由于夜暗，“长月”号在韦拉港东北5海里处搁浅，将所载部队分14批用小艇运送上岸。“皋月”号未能将其拖出，便单独入港卸载。“天雾”号和“初雪”号也先后进港，使1600名陆军部队上岸，还卸下一批物资。然后，“皋月”号和“初雪”号宁冒可能触雷的危险，从布拉基特海峡撤退，安全抵达布因。“天雾”号出港后却沿科隆班加腊岛东海岸向北航进。
5时许，“天雾”号经过“新月”号沉没水域时发现仍有幸存者在水中挣扎，遂停车援救。美舰“尼古拉斯”号和“雷德福”号也在其北面约1．3万米处打捞“海伦娜”号的舰员。美舰在荧光屏上首先发现了日舰。接着，“天雾”号瞭望哨也发现了美舰。双方都停下救生工作，开始实施鱼雷攻击，然而均未奏效。于是，开始炮战。美舰“尼古拉斯”号抢先开炮，先发制人击中“天雾”号的中部。其火炮指挥系统和报务室均被击毁，舰长下令施放烟幕，迅速撤离。
折田大佐指挥的第1输送队没有直接参加战斗，进入韦拉港后立即卸载。然后，“三日月”号和“滨风”号冒着触雷危险从布拉基特海峡返航。“望月”号因卸载作业耽搁一个多小时，6时出港拟经库拉湾返航。天明后，与正在打捞落水人员的美舰“尼古拉斯”号、“雷德福”号相遇。双方进行短促的炮战，“望月”号一座炮塔和一个鱼雷发射管受伤，施放烟幕逃走。两艘美舰也担心天亮后会遭到日机空袭而以高速驶向图拉吉港。库拉湾海战至此结束。
在这次海战中，日军驱逐舰被击沉2艘，被击伤4艘。美军损失巡洋舰1艘。就支援陆上部队而言，日方略胜一筹，在对方严加封锁的条件下，竟把1600名援兵和90吨作战物资送到目的地，这对加强前线的防御是很重要的。
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