１０月９日，“仙人掌”航空队得到了２５架战斗机的加强。当晚，百武亲率第２师团２０００余人和４门１５０毫米榴弹炮上岛。
１０月１２日晚，美军四艘鱼雷快艇由驱逐舰牵引到达图拉吉岛，在那建立起鱼雷快艇基地，以挑战日军所控制的夜间制海权。
１０月１３日，美军陆军第１６４团３０００人、１６辆轻型坦克、１２门３７毫米反坦克炮和大批补给送上瓜岛，进一步加强了岛上的力量。
日本海军决定以水面舰艇部队炮击亨德森机场，为夺取瓜岛制空权创造条件。于１０月１１日从特鲁克出动由两艘战列舰、一艘巡洋舰和九艘驱逐舰组成的炮击编队，前往瓜岛执行炮击机场任务，为摧毁机场设施、跑道和飞机，日舰携带的大口径炮弹三分之一是燃烧弹和杀伤弹。为确保炮击作战的成功，日军于１３日白天两次出动岸基航空兵空袭瓜岛，并在瓜岛海域上空巡逻掩护，巡逻中发现伦内尔岛西南７０海里有美军航母编队活动，在图拉吉岛西北１９０海里有美军的战列舰编队，日军判断炮击编队进入铁底湾很可能遭到阻击，因此炮击编队到达佛罗里达岛时就已做好鱼雷攻击准备。山本还命令航母编队南下，以应付美军的航母编队，潜艇部队在敌舰队可能的拦截航向上展开。
１３日二十二时，炮击编队进到萨沃岛以北，半小时后，看到埃斯佩兰斯角的灯标，航速减到１８节，从萨沃岛南水道进入铁底湾。然后起飞舰载机，飞机到达机场后照明飞机投下大型照明弹，校射飞机则在机场上空盘旋，“金刚”号和“榛名”号战列舰先以曳光弹标示弹着点，校射飞机报告修正诸元，随后３５６毫米主炮开始齐射，每次炮弹落地都引发一片大火，经过八十分钟射击，日军共倾泻了九百十八发３５６毫米大口径炮弹，机场成为一片火海，美军设在隆格角的１２７毫米岸炮还击，因日舰位于射击死角而毫无作用。图拉吉岛的美军鱼雷快艇出击迎战，被日军的驱逐舰击退，没有取得战果。这次炮击共击毁美军战斗机４２架，Ｂ－１７重轰炸机６架，击伤３１架飞机，美军阵亡４１人，机场轰炸机主跑道被摧毁，只有战斗机跑道勉强可以起飞，储存的航空汽油几乎全被烧毁。美军的飞行员用虹吸管从被打坏的飞机油箱里吸出每一滴油，集中起来保证剩下的飞机还能起飞作战。
日军联合舰队倾巢而出，由近藤信竹中将指挥４艘战列舰、５艘航母、１０艘巡洋舰和２９艘驱逐舰，封锁所罗门群岛所有入口。
１４日夜间，日军第８舰队由三川亲自指挥以“鸟海”号、“衣笠”号重巡洋舰为核心的编队，突入铁底湾，再次炮击亨德森机场，共发射了约７５０发２０３毫米炮弹。
１５日夜间日军又以“妙高”号、“摩耶”号重巡洋舰编队炮击亨德森机场，共发射１５００余发２０３毫米炮弹。这几次炮击给美军造成了严重损失，“仙人掌”航空队只剩下８架Ｂ－１７重轰炸机、１０架ＳＢＤ“无畏”俯冲轰炸机和２４架Ｆ４Ｆ“野猫”战斗机，而且跑道被毁，燃料几乎全被焚毁。
１０月１４日、１５日，日军乘“仙人掌”航空队机场被毁、汽油短缺之际，连续组织运输船队向瓜岛运送部队。两个夜间共送上岛５５００人和数门１５０毫米大炮，使岛上的日军增加到２。
３万人。
美军为解决航空汽油紧缺的问题，从圣埃斯皮里图岛派Ｃ－４７运输机空运燃料，但一次运送的燃料只能供１２架战斗机飞行一小时。再派“琥珀鱼”号潜艇运来９０００加仑的航空汽油和１０吨炸弹，仍不能满足需要。于１４日出动由２艘运输船、１艘供应舰、１艘扫雷舰和２艘驱逐舰拖带３艘驳船组成的运输船队，运送６０００桶航空汽油、３７５吨炸弹和大批补给品。１５日早晨被日军侦察机发现，为减少损失，只以１艘扫雷舰和１艘驱逐舰继续拖带２艘驳船前进，其余船只返航。不久又发现有日舰在瓜岛海域活动，只得命令返航，途中因考虑到扫雷舰速度较低，难以摆脱日舰追击，就决定弃舰，为不让所带的补给品落入日军之手，驱逐舰在扫雷舰人员离船后，用鱼雷将其击沉。就在这时，日军的３５架舰载机飞来，“捕蝇鸟”号扫雷舰当即被击沉，日军损失３架飞机。美军修建大队不顾日军空袭拼命工作，于遭到炮击的次日下午修好了一条跑道，１５日“仙人掌”航空队凭借想尽一切办法送来的燃料，升空作战，一举击沉日军刚卸下部队返航的３艘运输船。美军组织多次运送物资行动，除１６日一艘供应舰送上岛十二条鱼雷、四万加仑航空汽油，其余均未成功。
至１０月２０日，瓜岛日军已达２。３万人，大炮近百门，并拥有强大海空支援。而美军则因为机场几近瘫痪，制空权、制海权都已易手，岛上部队后援困难，士气低落。此时的瓜岛已成为美国全国关注的焦点，尼米兹认为瓜岛的局势确实危急，但远远没到绝望的地步，关键要夺取瓜岛的制海权、制空权，首先要加强南太平洋战区的领导，考虑到戈姆利缺乏胆识与魄力，从一开始就对战局持怀疑的态度，对作战指挥上的分歧不能妥善解决，导致部下怨声载道。没有能力扭转这种危急局面。尼米兹听取了很多中下级军官的意见，决定更换指挥官。１０月１５日，他推荐敢打敢拼有着“蛮牛”之称的哈尔西中将接替戈姆利的职务。第二天就得到海军总司令金上将的批准。１０月１８日，刚刚病愈出院的哈尔西接到就任南太平洋战区司令的命令不觉失声叫到：“这可真是一个最烫手的土豆！”听到将由深受官兵敬重的哈尔西来指挥，广大中下级官兵闻讯后无不欢欣鼓舞，士气为之一振！一位陆战队军官回忆当时的情景：“这是我永远不会忘记的情景，那时我们忍受着疟疾的折磨，连爬出战壕的力气都没有，但听到了哈尔西就任的消息，都高兴得像羚羊一样跑着跳着欢呼雀跃！”
哈尔西到任后立即召开作战会议，并将范德格里夫特召到努美阿听取有关瓜岛情况的汇报，范德格里夫特表示他还能坚持，但必须得到增援。哈尔西立即回答：“我会把我的全部家底都给你！”海军作战部长诺克斯和陆军参谋长马歇尔、陆军航空兵司令阿诺德认为瓜岛的战斗消耗着日军的飞机、舰艇和兵员，将大大削弱日军在太平洋其他地区的防御，因此瓜岛对整个战局具有决定意义，一致同意尼米兹不需经参谋长联席会议批准，就可从太平洋其他地区抽调飞机、军舰增援瓜岛。据此尼米兹可以放手向南太平洋调集兵力，先后调去了“南达科达”号战列舰、２４艘潜艇、８０架各种飞机和陆军第２５师，而在８月２４日海战中受伤的“企业”号航母也于１０月初修复参战。
百武上岛后对作战作了全面部署，计划于１６日起逐步清除美军的外围据点，２２日分三路发起总攻，其中丸山中将亲率第２师团主力主攻“血岭”。丸山的部队所走的道路要穿过茂密的丛林，日军在丛林中中的行军速度大大低于预计，２２日丸山所部未能到达指定地点，只得将进攻时间推迟。但由于通讯联系中断，另一路由须摩吉少将指挥的两个团没有接到推迟进攻的命令，按原计划向美军陆战１团３营的阵地发起冲锋，美军早已预见到日军的攻势，对日军可能的进攻线路进行了目标测定，所以炮火射击异常准确猛烈，几乎覆盖了日军的进攻队形，而且美军的反坦克炮大显神威，击毁了日军８辆轻型坦克，日军死伤惨重，进攻以失败而告终，日军付出了阵亡６００人的代价，一无所得。
这次进攻使美军警觉起来，加固了防御工事，增加了潜伏侦察哨，在阵地前的铁丝网上挂上很多金属片，使日军一接近就会被发现，还将阵地前影响射界的茅草全部清除，做好了防御准备。
丸山的部队历尽艰难，直到２４日十六时才到达指定位置，此时因为他的部队迟迟未到，百武已经六次推迟进攻时间了，正当日军要发起总攻，突降暴雨，部队根本无法看清目标，丸山只得再推迟两小时。两小时后，日军终于开始总攻，狂呼着冲向美军阵地，美军早已严阵以待，美军的潜伏侦察哨早就报告了日军的动态，特别是第二线阵地的陆军第１６４团装备的是新式半自动步枪，火力极强，日军几乎是迎着雨点般的子弹冲锋，一片一片被扫倒，日军的第一次冲锋就这样被击退。丸山随即组织了第二次冲锋，日军踏着同伴的尸体如潮水般涌来，美军以密集火力射击，日军不顾一切拼死冲击，个别地段的日军取得了突破，美军仍坚守不退，很多地段都发生了惨烈的白刃肉搏，丸山以为胜利在握，发出了攻占机场的电文。日军５艘满载士兵的驱逐舰在１艘巡洋舰的护卫下立即向瓜岛进发，准备为陆军提供炮火支援并一举占领全岛。但美军的整个战线并未崩溃，海军陆战队发扬了顽强的战斗作风，终将日军的进攻粉碎。日军阵亡约１０００人，美军弹药消耗惊人的高，有一名机枪手一个晚上竟然发射了两万六千发子弹！黎明时分，丸山被迫放弃进攻，发出占领机场尚有困难的电文。天亮后，“仙人掌”航空队、圣埃斯皮里图岛的岸基飞机和航母舰载机对接到川口电文而出动的日军舰队实施了攻击，击沉了“由良”号巡洋舰，击伤“秋月”、“五月雨”号驱逐舰，迫使日军返航。日军还对亨德森机场发动了空袭，遭到了美军的坚决抗击，海军修建大队在日军炮击的间隙抢修机场跑道，使战斗机能及时起飞迎战，结果日军在空战中损失２２架飞机，被高射炮击落５架，共２７架，而美军仅损失３架。
１０月２５日晚，丸山孤注一掷，发动了最后的决死攻击。日军拍着枪托有节奏