經過
為了挽回一些面子，山本五十六命令北上分遣艦隊不惜一切代價攻占阿留申群島。6月7日至8日，日軍在阿留申群島西南端空無一人的基斯卡島和阿圖島登入。美軍隨即切斷了日軍的海上補給線。使得島上日軍幾乎彈盡糧絕。
1943年3月23日，為了給島上日軍輸送補給。日本海軍中將細萱戌子郎率領“那智”號、“摩耶”號重巡洋艦、“阿武隈”號、“多摩”號輕巡洋艦和4艘驅逐艦，護衛3艘運輸商船駛向阿圖島。美軍指揮部獲悉後，即刻命令由麥克莫里斯海軍少將指揮的“鹽湖城”號重巡洋艦、“里奇蒙”號輕巡洋艦和4艘驅逐艦前往攔截。於是，一場發生在北極圈內的海戰——科曼多爾群島海戰就此揭開了序幕。
3月26日拂曉剛過，美軍艦隊行駛到阿圖島以西180英里（290公里）的科曼多爾群島海面上。與此同時，日軍艦隊位於科曼多爾群島西北20海里處。“那智”號重巡洋艦駛在最前端，最後邊是“山光丸”號運輸船和 “電”號驅逐艦。
“警報！左舷發現敵艦！”
突然，日軍“雷”號驅逐艦上的一名日軍瞭望哨報告在左舷遠方發現有艦船駛來，日軍起先以為這是落後的“山光丸”號和“電”號。但到早上7點30分，一名眼尖的日軍暸望哨察看發現，駛來的艦船數量不止兩艘，而且明顯具有美軍戰艦輪廓。“警報！左舷發現敵艦！各艦準備投入戰鬥！”日軍護航艦隊立即進入一級戰備。
美軍艦隻的雷達也已經發現了日軍艦隊。由於此時正處在北極圈內特有的極晝時期，天色大亮，空中略有些雲團，能見度極高，氣溫大約在零攝氏度左右，十分適合進行海戰。
美軍麥克莫里斯少將原以為自己碰上了一支日軍運輸艦隊，可以輕鬆取勝。但很快他就從“阿武隈”號上的桅桿數量上判斷出對方擁有巡洋艦，緊接其後映入眼帘的兩艘重巡洋艦更令他大吃一驚。他意識到這次碰上的不是“肥肉”，而是一塊非常難啃的“硬骨頭”。
8點40分，兩支艦隊相距1.8萬米時，日軍“那智”號和“摩耶”號搶先對美軍“鹽湖城”號開火。兩分鐘後，美軍“鹽湖城”號開火還擊。隨後，雙方參戰艦隻都一一開火。
激烈炮戰，美軍漸處下風
雖然美軍艦隊在數量和火力上占下風，但美軍戰艦安裝的炮瞄雷達較為先進，在射擊精確度上占有一定優勢。
8點50分，“鹽湖城”號的一發8英寸（203毫米）穿甲彈鑽進“那智”號後部艦橋後爆炸，造成日軍艦員11人死亡。另一發擊中了主桅桿，破壞了桅桿上的大量天線和雷達。兩分鐘後，第三發穿甲彈擊穿飛行甲板鑽進了其下方的魚雷艙。兩名日軍搬運兵被當場炸死，另外5名重傷。“那智”號上的損管工作陷入混亂，日軍維修人員為了防止受損發電機起火進行了緊急搶修，但在忙亂中失手關閉了全艦供電系統，頓時靠電力驅動的炮塔都無法轉動，“那智”號被迫暫時退出戰鬥。
日軍其餘艦隻全力攔截美軍艦隊。日軍“摩耶”號重巡洋艦的射擊精確度明顯高於“那智”號，“鹽湖城”號四周激起道道水柱。很快，一發炮彈擊中“鹽湖城”號艦身中部偵察機彈射器，兩名飛行員當即陣亡。
9點30分，恢復電力的日軍“那智”號的主炮恢復射擊。日軍巡洋艦將所有炮火集中到“鹽湖城”號上。
猛烈的炮火使“鹽湖城”號的尾舵受損，經維修後僅能勉強左右轉動10度，再也無法進行規避航行。8分鐘後，一發8英寸炮彈命中了“鹽湖城”號的主甲板，從艦首水線以下部位穿出，造成燃油泄漏，航速明顯下降，操縱困難。11點整，麥克莫里斯命令艦隊撤退。很快“鹽湖城”號艦尾輪機艙又挨了兩發炮彈，造成艦體大量進水。艦體向艦尾縱向傾斜5度，掙扎著繼續向前航行。
“鹽湖城”號如死魚浮在水面上
由於艦尾進水，“鹽湖城”號航速銳減到不足20節，落在了艦隊末尾。麥克莫里斯急令所有驅逐艦趕回向日軍艦隊發射魚雷，阻止其靠近“鹽湖城”號。不過，“鹽湖城”號很快恢復航速，魚雷攻擊的命令被撤銷了。日軍艦隊原本已經追至距美軍艦隊2743米距離，但細萱戌子郎一見美軍驅逐艦擺出發射魚雷的架勢，立即讓所有日艦提前進行規避，影響了航速。
11點50分，“鹽湖城”號上的維修人員為了將後傾的艦體恢復水平狀態，為艦體前部注水，不想誤使主鍋爐艙進水，全艦喪失動力。“鹽湖城”號停止了前進，如死魚浮在水面上，與日軍巡洋艦僅距1.7萬米，情況萬分危急。
3艘美軍驅逐艦拚死駛到“鹽湖城”號前方，交替施放煙霧並向日艦開火，為“鹽湖城”號爭取最後一線生機。“里奇蒙”號輕巡洋艦靠近“鹽湖城”號，準備轉移艦上人員。但艦長羅傑斯上校拒絕離艦，他指揮維修人員繼續排除積水。12點整，奇蹟終於發生，主鍋爐恢復燃燒，“鹽湖城”號勉強維持著8節的航速緩緩前進。
與此同時，幾艘美軍驅逐艦頑強地用自己的5英寸主炮抗衡日軍巡洋艦。很快，“貝利”號右舷中部被命中一發8英寸炮彈，5名艦員陣亡。兩分鐘後，又有兩發8英寸炮彈擊中“貝利”號後部鍋爐艙和輪機艙。貝利”號發射了5條魚雷後帶傷和另兩艘驅逐艦調頭回撤。像蝸牛般爬行的“鹽湖城”號也向日軍巡洋艦開火射擊，掩護驅逐艦撤退。麥克莫里斯給自己的手槍上了膛，準備和追擊的日艦展開最後的戰鬥。
結果
兩分鐘後，日軍指揮官細萱戌子郎中將做出了出乎所有人意料的決定。他命令日軍護航艦隊向東駛離戰場。12點12分，雙方距離超出有效射程，全部停火。科曼多爾群島海戰就此畫上句號，“鹽湖城”號和其他美軍戰艦終於虎口脫險。
這是怎么回事？
細萱戌子郎當時是這樣考慮的。首先，日軍驅逐艦的燃料已經所剩無幾，勉強能維持返航。其次，日軍巡洋艦的彈藥即將告罄。再者，他沒有意識到“鹽湖城”號已失去動力，誤以為其停駛是為獲得準確的射擊效果。此外，他還一直擔心會遭到美軍陸基飛機的攻擊。“鹽湖城”號最後開火時，因為耗盡穿甲彈而發射了彈道彎曲的高爆彈，在日艦舷側近似垂直地落入海中。加上後來雲層較厚，過分謹慎的細萱戌子郎誤認為那是高空中美軍轟炸機投下的炸彈。
意義
科曼多爾群島海戰不僅是二戰中惟一一次在北極範圍內極晝條件下進行的海戰，更是太平洋戰爭中少有的在沒有航空兵、潛艇參與、岸炮支援的情況下，單純依靠水面戰艦在遠距離利用艦炮和魚雷進行角逐的海戰。海戰中，日軍“那智”號重巡洋艦受到中等程度損傷。美軍“鹽湖城”號重巡洋艦嚴重受損，後來返回船塢進行了大修。“貝利”號和“考夫蘭”號分別受到了中度和輕度的損傷。
如果單從戰果看，似乎日方獲得了勝利。但從戰略層面而言，日方此行的根本目的——向阿圖島輸送補給的任務沒有完成，實際上是無功而返。此後，日軍不得不利用潛艇為基斯卡島和阿圖島上的日軍運送補給。而這種杯水車薪的供應量根本無濟於事。
