После 16 октября японцы не могли обнаружить американские авианосцы, которые отошли, предоставив наблюдение за противником базовым патрульным самолетам. Только 23 октября проявилась их активность. Японцы полагали, что американский флот 27 октября решит отметить День ВМФ победой. Утром 25 октября летающие лодки обнаружили соединение Нагумо. Тем не менее вечером Кондо подготовил самолеты для удара по Гуадалканалу. Соединение Нагумо шло в 100 милях восточнее. Используя опыт, вице‑адмирал выдвинул линкоры «Хиэй» и «Кирисима» с 7‑ю эсминцами вперед на 60—80 миль, а с востока авианосцы прикрывали в 200 милях крейсер «Тонэ» и эсминец.

В ночь на 26 октября неприятельский самолет сбросил бомбы, взорвавшиеся вблизи «Дзюйкаку». Командир авианосца передал сообщение на «Секаку» для Нагумо, который решил, что его завлекают в ловушку, и приказал всем кораблям отходить 24‑узловым ходом. Утром такое же решение принял и Кондо. Полагая, что американские авианосцы недалеко, Нагумо выслал разведку. Утром самолет с «Секаку» обнаружил юго‑восточнее неприятельский авианосец с охранением, движущийся к северо‑западу. Донесение получили в 4 часа 50 минут, и уже через 25 минут по приказу Нагумо начала взлетать первая атакующая волна с «Секаку», а через 45 минут флагман, узнав о приближении неприятельских самолетов, досрочно поднял в воздух и вторую волну.

Это было сделано вовремя. В 5 часов американские разведчики сбросили несколько бомб на авианосец «Дзуйхо», повредив кормовую часть палубы. Около 6 часов 15—16 американских самолетов атаковали «Секаку» и вывели из строя взлетную палубу и средства связи.

Тактика Нагумо сработала. Относительно слабая атака противника объяснялась тем, что основная масса атакующих самолетов обрушилась на шедшие впереди линкоры и тяжелые крейсера «Тонэ», «Тикума» и «Судзуя». Японцы зенитным огнем отбили нападение и имели небольшие потери, кроме серьезно пострадавшего крейсера «Тикума». Вторую группу самолетов, шедшую на «Секаку», рассеяли японские истребители, охранявшие первую волну, но атакующие лишились большинства самолетов прикрытия. Тем не менее они обнаружили американское соединение (авианосец «Хорнет» с эскортом) и нанесли авианосцу тяжелые повреждения бомбами и торпедами.

Позднее Какуда поднял две волны самолетов с авианосца «Дзунье». Они обнаружили и атаковали: одна — неповрежденный, вторая — горящий авианосец. Вернувшихся самолетов было мало, однако Какуда приказал готовить их для атаки, чтобы добить неприятеля. Удалось набрать 6 пикировщиков и 9 истребителей. Эти самолеты атаковали авианосец.

Во второй половине дня 26 октября атак против Нагумо не было. Ямамото, получив донесение об успешных действиях Нагумо, приказал преследовать и добить противника. Однако преследование, поскольку опасались в соединении Нагумо возможного третьего американского авианосца, не удалось. Японские эсминцы лишь добили поврежденный «Хорнет». Авианосцу «Энтерпрайз» удалось спастись. Какуда, которому Нагумо поручил командование, объединил «Дзунье» и «Дзуйкаку» и набрал для атаки группу самолетов. Но разведка не обнаружила врага, а положение с топливом стало отчаянным. Тем временем Нагумо безуспешно пытался руководить боем с «Секаку». Отправив авианосец в ремонт, он пересел на эсминец, а утром, собрав корабли и проведя дозаправку, перенес флаг на «Дзюйкаку». Соединение возвращалось на острова Трук.

Японцы, кроме «Хорнета», потопили эсминец «Портер»; повреждения получили линкор «Саут Дакота», крейсер «Сан Хуан» и эсминец «Смит». Американцы потеряли до сотни летчиков, японцы — около 140, в основном ветеранов. Это была последняя победа японского флота, и у американских моряков не было основания праздновать День ВМФ.

Когда флотоводец проводил совещание, один из его участников заметил, что Нагумо был задумчив, но с него спала апатия, появившаяся после Мидуэя. После боя у Санта‑Крус его освободили от командования в море. Летом 1944 года вице‑адмирал Нагумо, главнокомандующий флотом центральной части Тихого океана, руководил береговыми частями и морской пехотой, которым предстояло оборонять Марианские острова. Он покончил жизнь самоубийством 6 июля 1944 года, когда стало ясно, что все потеряно.