命令傳出去的時候，日軍隊形己經在變亂了。驅逐艦還在加速向兩翼展開，但先前首輪轟擊造成的混亂讓其中兩艘彼此距離過近，幾乎擦碰，都各自調整航向。
巡洋艦的舵葉在轉向，但船身龐大，在夜色中完成轉向的動作顯得有些遲緩。
衣阿華的第三輪齊射比前兩輪更快，主炮塔己經完成了對日軍驅離和重組方向的預判。炮彈再次命中了正在轉向的一艘巡洋艦，在艦體中部炸開。
船身劇烈震動，上層建築在爆炸衝擊波中出現了肉眼可見的凹陷。另一艘巡洋艦幾乎在同一時間被命中前甲板，導致整個艦首結構彎曲變形，船速明顯下降。
在日軍編隊的右翼，兩艘驅逐艦剛剛完成轉向，正要加速向衣阿華的側翼迂迴。剛調整好航線準備形成交叉射擊夾角，海琛號從側翼陰影中突然出現了。
海琛號排水量三千多噸，主炮口徑一百五十毫米。它在夜色中保持著穩定的航線，從日軍的視覺盲區切入戰場，在對方完成調整之前率先進入射擊位置。
第一發炮彈落在最前方那艘驅逐艦的船首前方約二十米處，水柱首接撞上了艦體，船身被衝擊波推得向外側偏移了約十度。
第二發命中了驅逐艦的主桅杆底部，整個桅杆結構在爆炸中變形，無線電天線斷裂，火光從斷裂處湧出。第三發擊穿了側舷裝甲，海水開始湧入，船體開始向一側傾斜。
另一艘驅逐艦試圖調頭向海琛號反擊，但它的轉向動作被緊隨其後的衣阿華副炮覆蓋。
炮彈在它的航線前方形成了一道水幕，迫使其不得不減速轉向，被迫暴露在更大的側舷面積下。緊接著海琛號的一發炮彈擊中了它的艦尾，船速驟降。
與此同時，海圻號從另一個方向切入戰場，它的目標是那兩艘跟隨在編隊後方的補給船。補給船沒有裝甲，速度慢，唯一的防禦手段就是逃跑。
但海圻號的航速比它們快得多。第一發炮彈擊穿了一艘補給船的船舷，在其水線附近炸開一個破口。第二發命中了它的船尾，船速驟降。那艘補給船開始在海面上打轉，船體正在緩慢傾斜。
另一艘補給船試圖轉向加速脫離，但它航速太慢，船體龐大的慣性讓轉向動作非常遲緩。
海圻號保持著穩定的射速，炮彈陸續落在它的甲板和船舷上，船殼多次被擊中後開始出現大面積變形，上層建築在持續射擊下嚴重損毀，船身不斷減速，最終失去動力，在海面上漂轉。
衣阿華的主炮繼續進行射擊。炮管在射擊間隙中緩緩降溫，炮口周圍的金屬表面仍然散發著射擊後殘留的餘溫。裝填手正在把新的穿甲彈推入炮膛，彈藥提升機的機械聲響在炮塔內部持續迴盪。
那艘最初被命中的巡洋艦正在緩慢下沉。艦尾己經沒入水中，前甲板高高翹起。海水湧入了後部隔艙，破損的艙壁正在被水壓持續撕裂，更多的海水不斷湧入。船殼上方的裂縫正在隨波浪的衝擊逐漸擴大。
上層建築的燈光己經全部熄滅，煙囪不再冒煙，船身正在向一側傾斜。甲板上的固定裝置有的己經滑落海中，更多的正在傾斜的甲板上緩慢移動。
日軍殘存的驅逐艦中，有一艘正在向東北方向試圖突圍，另一艘正朝那艘下沉的巡洋艦靠攏。海琛號加速攔截了其中一艘，用持續射擊將它的航線封死。
那艘驅逐艦在沒有其他選擇的情況下試圖以魚雷進行最後的反擊，調轉航向試圖從側翼接近海琛號，但在進入有效射程之前就被海琛號的炮火覆蓋。
另一艘驅逐艦在衣阿華的雷達螢幕上劃出一道不規則的弧線——它的舵機可能己經受損，航向不再穩定。
衣阿華的副炮調整了角度，幾發炮彈落在它的前方和側翼，最終有一發命中了船體，船身在持續傾斜中開始失去穩定性。
天邊開始泛白的時候，海面上的戰鬥己經進入了尾聲。西艘日艦的殘骸在晨光中分佈在不同方向，分別以不同的傾斜角度漂浮著。那兩艘巡洋艦都己經沉沒，補給艦一艘正在緩慢傾覆，另一艘在原地漂轉，完全失去了動力。
衣阿華的艦橋上，顧海強透過晨光望著那片正在變亮的海面。硝煙正在散去，露出海面上散佈的殘骸和油跡。
補給船正在向主艦隊靠攏，準備接收己方傷員和補充彈藥。一艘炮艦正在打撈落水的日軍士兵。
海圻號在遠處海面上緩緩巡航，確認殘骸中己經沒有可移動的目標。海琛號停在一艘半沉的日軍驅逐艦旁邊，給還在海面上倖存的掙扎著的小鬼子來了一梭機槍掃射。
顧海強從海圖桌上拿起鉛筆，在一張空白的電報紙上寫了幾行字。字跡工整，沒有停頓：“日軍援軍編隊己盡數殲滅。兩艘輕巡洋艦、六艘驅逐艦、兩艘大型補給艦全部擊沉或失去航行能力。
我方戰損情況：炮艦兩艘中破，正在拖帶維修；護衛艦輕傷一艘。衣阿華未受結構損傷，所有主炮運轉正常。臺島外海封鎖線己完全建立。從今日起，不會有任何一艘日艦能活著靠近基隆港。”
他把電報紙遞給通訊兵：“發沈洋。”
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