День был спокойным и ясным, отличная видимость, слабая волна. В 16.12 был замечен противник, который следовал 3 колоннами. Справа шел Танака на «Дзинцу» вместе с 7 эсминцами; тяжелые крейсера Такаги «Нати» и «Хагуро» в центре; Нисимура на «Наке» с 6 эсминцами шел слева. В 16.16 тяжелые крейсера завязали перестрелку на расстоянии 28000 ярдов, то есть почти 14 миль. Эскадра эсминцев Танаки подошла к «Юпитеру» и «Электре» на расстояние 18000 ярдов и обстреляла их. Англичане просто не могли отвечать из своих 4.7» орудий. Если бы Доорман следовал прежним курсом, он позволил бы Такаги повторить знаменитый маневр «crossing-T», выполненный адмиралом Того при Цусиме. Голландский адмирал изменил курс с NW на W параллельно противнику. Он решил сократить дистанцию, чтобы позволить легким крейсерам использовать свои 6» орудия. В последовавшей артиллерийской дуэли японцы использовали для корректировки огня гидросамолеты, что дало им преимущество. В 16.31 первый снаряд попал в «Де Рейтер», но к счастью не взорвался. Такаги приказал выполнить первую торпедную атаку. Все 18 его кораблей были вооружены торпедами. За 19 минут, с 16.33 до 16.52, японцы выпустили 43 мощных быстроходных «лонг лэнса», но не добились на одного попадания. Слишком велика была дистанция. Оба соединения следовали на запад со скоростью 25 узлов или больше, ведя яростный огонь, хотя попаданий пока не было. Эта фаза боя продемонстрировала одно из неожиданных открытий Второй Мировой войны: артиллерийский огонь при больших дистанциях и высоких скоростях неэффективен.
Снова японцы захватили инициативу. В 17.00 отважный Танака повернул, чтобы пересечь курс Доорману и выполнить вторую торпедную атаку. У него почти не было шансов добиться попаданий по узким силуэтам, видимым с носа. Однако в 17.08 8» снаряд попал в «Эксетер» и вывел из строя 6 котельных отделений из 8. Крейсер потерял ход и вывалил из колонны, повернув на 90° влево. «Хьюстон», «Перт» и «Ява» решили, что он выполняет приказ Доормана и повернули следом. Флагмана они в дыму не видели. «Де Рейтер», который еще минуту или две шел в одиночестве на запад, сделал то же самое. В результате эскадра союзников превратилась в беспорядочную кучу, как раз когда торпеды Танаки нырнули в воду. Теперь он просто не мог промахнуться и не промахнулся. В 17.25 эсминец «Кортенар» взорвался, сложился пополам, как перочинный ножик, и затонул.
Такаги увидел, что эскадра союзников сломала строй и снизила скорость до 15 узлов после несчастья на «Эксетере». Японский адмирал решил, что это его шанс. Он приказал добить противника, но Доорман отправил 3 британских эсминца в контратаку сквозь дым на NW. Как раз в этот момент эскадра Танаки шла им навстречу. К этому времени уже было достаточно темно, место боя заволокли облака дыма, сквозь который мелькали случайные вспышки сигнальных прожекторов.
Орудия «Электры», который получил этот приказ в 17.25, добились попадания в «Дзинцу». Но в ответ эсминец получил снаряд в котельное отделение и потерял ход. Танака рвался вперед, чтобы найти и прикончить подбитый «Эксетер», но его попытку расстроили эсминцы «Юпитер», «Витте де Витт» и «Энкаунтер». Тогда противник всеми силами обрушился на «Электру». Эсминец затонул в 18.00, оправдав свое трагическое имя.
Тем временем Доорман отправил «Эксетер» в сопровождении «Витте де Витта» в Сурабаю. Он перестроил свою колонну, и теперь корабли следовали в таком порядке: «Де Рейтер», «Перт», «Хьюстон», «Ява» и 4 американских эсминца. Крейсера вели перестрелку с противником на большой дистанции, в ходе которой «Хьюстон» получил 2 невзорвавшихся снаряда. Когда Доорман шел на юг, Такаги решил, что он отходит, и передал конвою (который повернул на север), чтобы тот снова двигался к месту высадки. Он отправил эскадру Нисимуры в погоню за союзниками, чтобы добить их. Нисимура не добился ни одного попадания, хотя его эскадра расстреляла все торпеды.
Доорман приказал американским эсминцам прикрыть его отход. Командир дивизиона капитан 2 ранга Т.Г. Бинфорд решил, что атака это лучшая защита и повернул на север, чтобы выпустить торпеды по «Нати» и «Хагуро». К несчастью американские торпеды могли выпускаться только по траверзу. В сложившейся ситуации попытка выйти на нужную дистанцию изначала неминуемое уничтожение эсминцев японской артиллерией. Поэтому Бинфорд рискнул выпустить торпеды с дистанции 10000 ярдов. Все они прошли мимо. После перестрелки с эсминцем «Асагумо», в ходе которой японец пострадал, четырехтрубники поспешили на соединение с адмиралом Доорманом.
Этот великий морской волк не желал признать поражение. В 18.30 он радировал на берег адмиралу Хелфричу: «Противник отходит на запад, где конвой?» Как раз в этот момент Такаги приказал конвою повернуть и отойти на север. Он находился всего в 30 милях от места боя. Японцы превосходно понимали, какую опасность для конвоя представлял Доорман, двигающийся на северо-запад. Если бы союзники имели воздушную разведку, эскадра могла обойти корабли Такаги и нанести смертельный удар транспортам. Но все повернулось против них.
Примерно в 19.27 в сгущающейся темноте крейсера обеих сторон снова заметили противника. «Нати», «Хагуро», «Дзинцу» и несколько эсминцев увидели в 13000 ярдов на SW от себя «Де Рейтер», «Перт», «Яву», «Хьюстон» и 4 американских эсминца, шедших кильватером. «Юпитер» находился в миле на левом крамболе «Де Рейтера». В 19.33 «Перт» и «Хьюстон» открыли огонь, но их снаряды легли недолетами. Противник использовал осветительные снаряды, чтобы осветить цель. В 19.36 командир «Перта» капитан 1 ранга Уоллер заметил ряд вспышек на кораблях вражеской колонны и правильно решил, что это торпедный залп. Он круто повернул вправо на курс 60°. Остальные корабли последовали за ним, и четвертая торпедная атака японцев провалилась.
Доорман решил уклониться от досаждающих ему кораблей и прорваться к конвою, следуя вдоль берега Явы на запад. Поэтому в 19.55 он повернул свою колонну на юг и на полной скорости пошел к берегу Явы, который вскоре обрисовался впереди в лунном свете. Однако скрыться от противника ему не удалось, так как японские гидросамолеты начали пускать осветительные ракеты. Когда в 21.00 эскадра союзников достигла мелководья, Доорман повернул вправо параллельно берегу. В этот момент американские эсминцы покинули строй и повернули на восток в Сурабаю. Доорман отпустил их, так как они израсходовали торпеды. Когда соединение Доормана шло вдоль берега на запад, оно вылетело на новое голландское минное заграждение, точные координаты которого были никому не известны. На большой скорости крейсера и 2 эсминца проскочили опасный район, но в 21.25 под «Юпитером» прогремел взрыв. Корабль, похоже, налетел на сорванную с якоря мину. Он затонул через 4 часа.
Вскоре после того, как взорвался «Юпитер», Доорман снова повернул свои 4 крейсера на север. Хотя теперь у него не осталось ни одного эсминца, этот отважный офицер решил совершить еще одну отчаянную попытку сорвать вторжение на Яву. Но это был самоубийственный поступок. Колонна двигалась зигзагом на север, пытаясь таким образом уклониться от противника. В течение часа ничего не происходило, разве что эсминец «Энкаунтер» начал подбирать со спасательных плотов остатки команды «Кортенара». Потом в ярком лунном свете слева по борту появились крейсера «Нати» и «Хагуро» и несколько эсминцев. Они двигались на юг. Такаги повернул на параллельный курс, и две колонны затеяли артиллерийскую дуэль на большой дистанции в надежде на удачное попадание. Перестрелка тянулась 20 минут. Залпы были довольно редкими, так как обе стороны начали испытывать нехватку боеприпасов. В 23.20, когда противники шли почти параллельно на расстоянии 8000 ярдов, японские крейсера выпустили 12 торпед. «Де Рейтер» и «Ява» получили попадания, загорелись и остановились. «Ява» затонул уже через 15 минут. «Де Рейтер» продержался на плаву еще 3 часа. Капитаны крейсеров и адмирал Доорман последовали старому морскому обычаю и не покинули гибнущие корабли.
Перед тем, как потерять связь с «Пертом» и «Хьюстоном», Доорман приказал им не оставаться с ним, а следовать в Батавию. Они направились в Танджонг Приок, откуда сообщили адмиралу Хелфричу о трагических результатах боя в Яванском море.
В этот день погибла половина кораблей Ударного Соединения адмирала Доормана, зато японцы не потеряли ни одного корабля. Только 1 эсминец был поврежден. Конвои остались целы.
Решающими факторами в этой битв было полное отсутствие авиации у союзников и превосходство торпед противника. Любой из них мог решить исход боя в пользу японцев. Удивительно другое — длительность битвы. Перед Второй Мировой войной многие стратеги думали, что артиллерия и торпеды усовершенствованы до такой степени, что исход боя будет решен в считанные минуты. Один из противников будет либо уничтожен, либо не сможет больше сражаться. Несколько боев шли именно по такому сценарию, например, бой у острова Саво. Однако бой в Яванском море тянулся почти 7 часов с небольшими перерывами. Только после этого одна из сторон признала поражение и прекратила бой. Бой тянулся так долго благодаря твердой решимости адмирала Доормана и превосходному поведению моряков трех флотов, которые сражались пока руки держали оружие.
