В 19:38 новая группа «Нелов» атаковала правую колонну крейсеров. По американским данным, в этом бою испытывался новый дистанционный радиовзрыватель для 127-мм зенитных снарядов. Первый изуродованный осколками G3M взорвался за кормой эсминца «Уоллер», а другой рухнул в воду слева по носу крейсера «Чикаго», залив горящим бензином его палубу. Дополнительное освещение сделало крейсер прекрасной мишенью для остальных атакующих, и роковое попадание не заставило себя долго ждать.
В 19:45 торпеда попала в правый борт «Чикаго» и в результате взрыва были затоплены котельные отделения №1, 2 и 4. От сотрясения оказалось выведено из строя рулевое управление и заклинены гребные валы трех винтов. Прежде чем аварийные партии взялись за дело, взрыв второй торпеды вывел из строя котельное отделение №3 и переднее машинное отделение, остановив последний винт, что поставило корабль на грань гибели. Крейсер несколько минут двигался по инерции, но вскоре остановился. Тем временем, шедший за «Чикаго» «Луисвиль» отвернул, чтобы обойти неподвижный крейсер, рядом скоторым плавали горящие обломки двух торпедоносцев и, снизив скорость, занял место за кормой флагманского крейсера «Уичита», в который спустя некоторое время также попала торпеда, к счастью, как и в случае с «Луисвилем», не взорвавшаяся.
Около 20:00 американцы получили передышку и Гиффен отдал приказ изменить курс и уменьшить скорости хода, с тем чтобы пропали фосфоресцирующие кильватерные струи, а кроме того запретил стрельбу в ответ на провокационное включение японскими пилотами навигационных огней. Эти меры принесли свои плоды и к 20:15 большая часть японских самолетов ушла на базы, хотя отдельные разведчики еще некоторое время обнаруживались на экранах американских радаров.
С этого момента началась отчаянная борьба за спасение «Чикаго», в ходе которой удалось осушить два отсека и запустить аварийные дизели, обеспечив корабль светом и энергией, хотя левый крен в 11° и дифферент на нос внушали опасения. К полуночи поврежденный крейсер был взят на буксир «Луисвиллем» и направился в Эспириту-Санто со скоростью 4 узла.
Утро ознаменовалось появлением японских самолетов-разведчиков, отогнанных палубными истребителями, а место «Луисвилла» занял океанский буксир «Навахо». Тем временем, «воздушный зонтик» над поврежденным крейсером значительно «уплотнился»: в дополнение к десяти «Уайлдкэтам» с «Шенанго» и «Суони», появилось еще столько же с «Энтерпрайза», который, по приказу адмирала Хэлси увеличив ход, вместе с кораблями эскорта пошел на сближение с буксировочной партией и сопровождающими ее эсминцами.