Thứ năm phân hạm đội sở dĩ tạm thời điều chỉnh bố trí binh lực gần Trâu Đảo, là bởi vì vào lúc chạng vạng tối hôm đó, quân đội chính quy trong khi tuần tra trên không Trâu Đảo đã phát hiện ra điều bất thường.

Có lẽ vì hưng phấn khi sắp rời khỏi hòn đảo nhỏ khốn khổ này, sắp được trở về đoàn tụ cùng gia đình, hoặc cũng có thể do cảm thấy thời gian rút lui dự kiến vào buổi chiều quá gấp gáp, nên một bộ phận quân Nhật trên đảo đã vội vàng bỏ ngụy trang khi trời còn chưa tối hẳn, bắt đầu chuẩn bị rút lui.

Những hành vi này của quân Nhật đã bị chiếc thủy phi cơ NN-1927 bay ngang qua đỉnh đầu phát hiện, và nhanh chóng báo cáo tình hình khả nghi này.

Quân đội chính quy căn cứ vào tình báo nhận được, kết hợp với một loạt động thái khác thường gần đây của quân Nhật, cuối cùng đã đưa ra phán đoán mới về hành động của quân Nhật tại Trâu Đảo, lập tức an bài các biện pháp đối phó tương ứng, trong đó trọng điểm là tăng cường cảnh giới trên mặt biển Trâu Đảo vào ban đêm.

Đêm đó, thứ năm phân hạm đội đã tăng cường thêm chiến hạm, điều động “Võ Xương II” và “Tế Nam II” thuộc chi đội tuần dương hạm thứ mười một, cùng với “Thiên Cẩu II”, “Cùng Kỳ II” và “Hỗn Độn II” thuộc chi đội khu trục hạm thứ ba, tạo thành một biên đội hỗn hợp.

Biên đội năm tàu này lấy “Võ Xương II” làm kỳ hạm, phụ trách tuần tra đi tuần lại ba mặt bắc, đông, nam của Trâu Đảo.

Trong quá trình tuần tra, biên đội “Võ Xương II” đặc biệt chú trọng khu vực phía nam, bởi vì ở đó có bến tàu duy nhất trên đảo, nơi quân đội chính quy trước đây từng thiết lập căn cứ thủy phi cơ, điều kiện thuận lợi nhất cho việc đổ bộ.

Tuy nhiên, quân Nhật lại chọn một địa điểm lên thuyền khác, đó là một vịnh nhỏ ở góc Đông Bắc của đảo. Cũng chính vì vậy, sáu chiếc khu trục hạm đến tiếp vận binh lính lục quân đã may mắn tránh được chiến hạm của quân đội chính quy.

Trong đêm khuya, hai biên đội kiềm chế của quân Nhật theo kế hoạch dẫn đầu tiến vào khu vực hoạt động đã chỉ định, lập tức bị chiến hạm của quân đội chính quy đang tăng cường phòng bị phát hiện.

Vì vậy, hai biên đội này của quân Nhật không thể chỉ dạo qua một vòng trên biển như lần trước coi như hoàn thành nhiệm vụ, mà nhanh chóng giao chiến với đối thủ.

Đương nhiên, trong nhiệm vụ của bọn họ, việc bảo đảm an toàn cho bản thân cũng là một yếu tố quan trọng. Thế là vừa chạm súng, họ liền bẻ lái rút lui, nhờ đó đều thành công thoát khỏi sự truy kích, trở về điểm xuất phát an toàn, đồng thời cũng thu hút được sự chú ý của hạm đội quân đội chính quy.

Sáu chiếc khu trục hạm phụ trách tiếp vận của quân Nhật, dưới sự hộ tống của “Hướng Sương Mù”, “Tịch Sương Mù”, “Thiên Sương Mù” và “Hẹp Sương Mù” thuộc chiến đội thủy lôi số 1, đã đến vùng biển phía đông Trâu Đảo muộn hơn một chút.

Lúc này, biên đội “Võ Xương II” của quân đội chính quy đang tuần tra ở mặt phía nam của Trâu Đảo, sáu tàu của quân Nhật liền thừa cơ lẻn vào vịnh biển dự định để triển khai công tác tiếp vận, trong khi chiếc khu trục hạm lớp “Xuy Tuyết” nhận nhiệm vụ cảnh giới thì hoạt động ở vùng biển bên ngoài.

Không lâu sau, biên đội “Võ Xương II” bắt đầu chậm rãi chuyển hướng về phía đông, khi đến vùng biển ở góc Đông Nam của Trâu Đảo, đã bị bốn chiếc khu trục hạm cảnh giới của quân Nhật phát hiện trước.

Phản ứng nhanh chóng, các tàu Nhật lập tức lao về phía biên đội “Võ Xương II”, đồng thời khai hỏa đồng loạt phóng ngư lôi Kiểu 90.

Chiến hạm của quân đội chính quy lúc này mới phát hiện ra những bóng dáng tàu lạ phía trước, còn đang cân nhắc xác nhận thì ngư lôi của tàu Nhật đã đến gần.

Chiếc tuần dương hạm hạng nhẹ “Võ Xương II” và khu trục hạm “Thiên Cẩu II” không may mỗi chiếc đều trúng hai quả ngư lôi. Chiếc sau gần như chỉ trong vòng hai phút đã chìm xuống đáy biển, còn chiếc trước thì vùng vẫy được lâu hơn một chút.

Theo tiếng nổ của ngư lôi xé tan màn đêm, bốn chiếc khu trục hạm "Xuy Tuyết" của quân Nhật bắt đầu nã pháo. Ba chiến hạm còn lại của quân ta, dù có chút bối rối, cũng dần trấn định lại, dốc toàn lực phản kích.

Dù bị động và lép vế về số lượng, hỏa lực của chiến hạm quân ta không hề thua kém đối phương. Chỉ riêng pháo chính đã có tám khẩu 152 ly và mười sáu khẩu 127 ly, hoàn toàn vượt trội so với hai mươi bốn khẩu 127 ly của hạm Nhật.

Vì vậy, khi hai bên tiến vào giao chiến cự ly gần, chủ yếu dùng pháo chiến, hạm Nhật nhanh chóng tỏ ra đuối sức trước hỏa lực áp đảo của đối phương.

Ưu thế của hạm Nhật là chủ động khai chiến và duy trì đội hình đơn cánh đẹp mắt, giúp hỏa lực của các hạm phát huy tối đa.

Ba chiến hạm của quân ta vội vàng nghênh địch, lại thêm việc tránh né ngư lôi của hạm Nhật khiến đội hình rối loạn. "Cùng Kỳ II" bị đẩy lên phía trước, gần sát biên đội hạm Nhật, còn hai hạm kia lại bị khuất sau "Cùng Kỳ II", tạo thành góc chết, hạn chế khả năng xạ kích.

Do đó, "Cùng Kỳ II" hứng chịu phần lớn hỏa lực của địch, trúng hàng chục phát đạn chỉ trong mười phút, thân hạm nghiêng ngả, thương vong vô cùng thảm trọng.

Tuy nhiên, việc "Cùng Kỳ II" thu hút gần như toàn bộ hỏa lực địch cũng tạo điều kiện cho "Tế Nam II" và "Hỗn Độn II" có thời gian điều chỉnh.

Đặc biệt là "Tế Nam II", sau vài loạt pháo thăm dò đã tìm được trạng thái, lập tức liên tục nã pháo chính xác, khiến "Hướng Sương Mù" của hạm Nhật bốc cháy dữ dội rồi nổ tung.

Thấy mục tiêu đã mất sức chiến đấu, "Tế Nam II" không chút thỏa mãn, chuyển hỏa lực sang "Tịch Sương Mù".

Chiến hạm này làm sao chịu nổi "ưu ái" như vậy, chỉ trong vài phút đã lãnh hơn mười quả đạn pháo 152 ly, chẳng khác nào cá nằm trên thớt, vừa bốc cháy vừa trôi nổi bất động trên mặt biển.

"Hỗn Độn II" thì nhắm vào "Hẹp Sương Mù". Khu trục hạm "Tinh Vệ II" của Hoa Hạ vốn được phát triển để đối phó với "Xuy Tuyết" của Nhật Bản, giờ là lúc kiểm nghiệm hiệu quả.

So với "Xuy Tuyết", "Tinh Vệ II" chiếm ưu thế về kích thước và hỏa pháo. Mật độ ngư lôi của "Tinh Vệ II" cũng không hề thua kém, vì vậy "Hỗn Độn II" nhanh chóng khiến chiến hạm địch không còn sức phản kháng.

Chiếc "Thiên Sương Mù" còn lại, do nằm ngoài góc bắn của hai chiến hạm quân ta nên bị bỏ qua. Thấy các chiến hạm đồng đội đều không thể cứu vãn, "Thiên Sương Mù" quay đầu bỏ chạy, tăng tốc rời khỏi chiến trường. Trận đánh đêm ngắn ngủi kết thúc sau chưa đầy hai mươi phút.

Trong "Trâu Đảo Đánh Đêm", quân ta mất một chiếc tuần dương hạm hạng nhẹ và một khu trục hạm. "Cùng Kỳ II" bị bỏ lại vì hư hại quá nặng, còn "Hỗn Độn II" chỉ bị thương nhẹ.

Quân Nhật mất ba khu trục hạm. Sáu khu trục hạm phụ trách tiếp vận của Nhật, lợi dụng "Trâu Đảo Đánh Đêm" và việc quân ta dọn dẹp chiến trường cứu người, đã thuận lợi tiếp tế cho lục quân trên đảo Trâu, hoàn thành nhiệm vụ quan trọng nhất của chiến dịch.

Vì vậy, xét cả về chiến quả lẫn mục tiêu tác chiến, quân Nhật là bên chiến thắng trong trận này.

Tuy nhiên, chiến thắng nhỏ này không thể che giấu xu thế thoái lui chung của quân Nhật. Ngày hôm sau, quân ta thu phục đảo Trâu không một bóng người. Nhật Bản ở hướng tây nam sẽ phải đối mặt với mối đe dọa trực tiếp từ quân ta, và lãnh thổ Nhật Bản có thể bị xâm chiếm bất cứ lúc nào.

Ngay khi cuộc chiến quanh đảo Tế Châu tạm lắng, hai bên đã tập kết hơn một triệu quân trên bán đảo Triều Tiên, một vòng chiến sự mới bùng nổ như lửa đổ thêm dầu.