布朗少将含着热泪登上埃塞克斯号，驶向澳大利亚。
通过侦察机，尼米兹最终找到了北华军航母舰队的位置。夜幕下，北华军的舰队灯火通明，两艘受损航母上的损管人员正在挥汗如雨地抢救航母，位置比尼米兹计算中的位置相差了足足五十海里。（侦察机在夜间也可以起飞执行侦察任务，因为对于侦察机来说，大海的白天和黑夜其实没有什么太大的差别，都是茫茫一片，没有参照物，无论是白天还是夜里，都要依靠无线电导航才能找到己方的舰队。）
“全速前进！全力攻击！”尼米兹激动而冷静地下令。
两艘内华达级战列舰（内华达号、俄克拉荷马号）和两艘北卡罗来纳级战列舰（北卡罗来纳号、华盛顿号）犹如披着重铠甲的骑士，劈波斩浪地扑向了只有四艘重型巡洋舰和八艘驱逐舰护卫的北华军航母。美军的四艘战列舰，拥有20门356毫米和18座406毫米的主舰炮，火力强大。北华军的这四艘重型巡洋舰是日本的最上级，每艘只有10门203毫米主舰炮，火力悬殊非常大。双方军舰都安装有对空对海雷达，因此几乎在同一时间发现了对方，旋即爆发了激烈的夜间舰炮对轰。
众所周知，北华海军素来对“巨舰大炮”思想不屑一顾，因此不制造战列舰和战列巡洋舰，同时舰炮交战的经验和研究理论也不多，再加上实力本来就悬殊巨大，因此双方主力舰齐齐怒绽烈焰后，北华军立刻吃了大亏。挡在航母前面的四艘重型巡洋舰接连中弹，四舰上烈火腾腾、血水四溅，熊熊大火映照得交战区域亮如白昼。夜空中电闪雷鸣，一波波巨大的舰炮炮弹在凌厉的破空声中纵横飞梭，炸起一团团冲天的火球或拔地而起的水柱，海面上波涛汹涌、恶浪翻滚，一条条鱼雷在浪花间飞梭穿行，中弹中雷的军舰剧烈震颤，被炸飞的水兵在海面上拼命呼叫挣扎。汉江号首当其冲，只有13000吨的它与47000吨的北卡罗来纳号展开舰炮对射后立刻被炸飞了舰艏的主舰炮，甲板被贯穿，侧舷的主装甲带被炸碎，整个军舰浓烟滚滚，不得不转道飞驰，退出战斗，同级的闽江号、湘江号、赣江号都在很短的时间内便遭到重创，几艘军舰尽皆弹坑累累、体无完肤。
护卫航母的八艘驱逐舰都奋勇参战，在夜幕掩护下朝着美军战列舰发射鱼雷。混战中，达州号驱逐舰被华盛顿号用探照灯罩住，随后便承受了两发406毫米主舰炮弹，正中军舰的中部，几乎把这艘2000吨的驱逐舰给拦腰炸碎，舰长室里的舰长当场粉身碎骨。几分钟后，因为折断龙骨的达州号在大爆炸中撕裂成两截，迅速被海水吞没。这是北华海军在辽美战争爆发后损失的第一艘舰艇。北华海军在开战后的“0损失”纪录至此被打破。
美军战列舰对北华军的巡洋舰和驱逐舰并不感兴趣，而是集中火力轰击本来就已经伤痕累累的吉林号和热河号航母。热河号在白天的海战中挨了三枚炸弹和两条鱼雷，伤势比吉林号还要严重，并且因为多个隔水舱被鱼雷炸穿而机动性大减，根本就没法撤退。夜战爆发二十分钟后，步履蹒跚的热河号被内华达号和俄克拉荷马号一起锁定，被陷入这两艘战列舰的交叉火力打击中。短短十五分钟内，热河号被十二发356毫米的舰炮炮弹命中，绝大部分都落在了甲板和侧舷主装甲带上，原本就已经被炸开三个窟窿的飞行甲板彻底被炸得不复存在，主装甲带千疮百孔，全舰燃起熊熊大火，并向一边歪斜倾覆，伤势和火势已经无法控制。
11时10分，内华达号向华盛顿发去一条著名的电报：我们干掉了北华军一艘航母！
在这同时，袁方乔用无线电对讲机命令热河号舰长张之英弃舰。
张之英已经悲痛得泣不成声，接到命令后，他热泪滚滚地道：“打死我也不弃舰！”
袁方乔道：“损失一艘航母，我也很悲痛，所有人都很悲痛，但我们不能情绪失控做出不理智的行为。你忘了少帅的嘱咐了？热河号没了，我们还能再造一艘，你这么一个富有实战经验的航母舰长没了，怎么再造一个？”
张之英忍住心如刀绞的痛苦和簌簌而落的眼泪，下达了弃舰命令，但他没有第一个上救生艇，而是让其他人先离开，并把能找得到的阵亡官兵的遗体都带走，自己最后一个离开。在张之英离开热河号的时候，海水已经淹没了三分之二个军舰，甲板上的海水也已经齐膝深。张之英在舰艏转了好几圈后，才被部下拉着上了救生艇。被海水完全吞没的热河号在海面上形成了一个巨大的漩涡，发出沉闷的低吼声。全舰1700多名舰员，共有1300多人幸存下来，死亡者并不特别多。
11时43分，热河号航空母舰沉没在斯里兰卡正南偏东90海里处，这是北华海军战沉的第一艘航空母舰。
而在这同时，已经驶离到十多海里外的吉林号也没有逃脱美军战列舰的追杀，北卡罗来纳号和华盛顿号一直穷追不舍，连续命中吉林号八发主舰炮弹。吉林号航母在白天共挨了两枚炸弹和一条鱼雷，动力系统基本没有问题，之前开得慢也是因为热河号航速很慢，海战爆发后，凌霄立刻命令吉林号全速撤退，把热河号和其他军舰都丢在了后面，这个命令在事后被人抨击他“胆小如鼠，抛下整个舰队却独自逃跑”，但偏护他的沈鸿烈认为这是正确的命令，起码可以保住一艘宝贵的航空母舰，沈鸿烈认为凌霄是为了保全吉林号才全力撤退的，而不是为了保住自己的命。但吉林号没有跑得过北卡罗来纳号和华盛顿号的炮弹，全舰被打得分崩离析，近乎解体。
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