，遂下定决心，向全舰发出命令：“全军突击！”刹那间，日舰冒着弹雨向前猛冲，准备驶抵将近6000码时实施鱼雷攻击。当日舰逼近到将近7000码时，“神通”号首先发射了鱼雷，接着其他各舰也不失时机地向盟舰施放了鱼雷。40余枚鱼雷在海面飞窜，形势十分危急。杜尔曼少将临危不惧，率舰队突然向外方作90度大回转，同时施放出浓浓的烟雾以蔽行踪。
但正在这时，一发炮弹尖叫着射向“厄克塞特”号巡洋舰的锅炉，在轮机旁爆炸，14人当即被炸死，舰上8个锅炉中有6个被炸毁，“厄克塞特”号退出了战斗。混战中，一枚鱼雷击中了荷兰驱逐舰“科顿纳尔”号，驱逐舰分队长宾福特亲眼看见该舰被炸成两截，沉入大海，海面上只见落水的船员在拼命挣扎。突然，3艘日本驱逐舰出现了，英国的“伊莱克特拉”号驱逐舰在挨了一连串炮弹后也沉没了。
晚6时59分，杜尔曼重整队形，率舰队向东南方退去。日军也因高木少将担心运输船队的安全，害怕继续南下会闯进敌人的雷区，命令舰队集结，撤出战斗，向北规避，并同时从“那河”号和“神通”号各派出侦察机侦察盟军舰队的行动。
日军有侦察机的侦察，能掌握杜尔曼舰队的动向，可是杜尔曼少将没有飞机，因此他无法知道日本运输船队的位置。不久天色已暗，下午7时30分，日军旗舰“那智”号率领重巡洋舰“羽黑”号、轻巡洋舰“神通”号和数艘驱逐舰航行时，在东南方发现曾一度失去踪迹的杜尔曼将军的旗舰荷兰巡洋舰“德鲁伊特尔”号和“爪哇”号、澳大利亚巡洋舰“佩斯”号、美巡洋舰“休斯顿”号及数艘美巡洋舰。
杜尔曼少将过高地估计了日舰队的实力，认为在运输船队不明的情况下，不宜进行决战，他不断转换方向，搜索海面，试图捕捉到那群对战局至关重要的运输船队。晚10时30分，当杜尔曼率舰队沿海岸西驶时，不幸驶进盟军自己布设的雷区，一艘英国驱逐舰触雷爆炸。此刻杜尔曼的兵力已减到4艘巡洋舰，由于没有空中侦察，他们只好在黑暗中摸索前进。
28日零时40分，杜尔曼舰队再次与日军舰队相遇。日本搜索飞机发射照明弹为日本舰队指示目标，双方在炮战20分钟后，日本炮手把12枚新的特大功率的鱼雷压进雷管发射出去。随着一阵猛烈的爆炸，荷兰巡洋舰“爪哇”号燃烧着沉入海底。几秒钟后，一声巨响把“德鲁伊特尔”号炸得东摇西晃，一股火柱直冲天空。杜尔曼将军从驾驶室里向美巡洋舰“休斯顿”号和澳大利亚的“佩斯”号发出感谢协力作战的信号，并命令他们返回基地。然后，随着最后一次剧烈爆炸，荷兰旗舰沉入海中，杜尔曼和他的366名水兵葬身鱼腹。
2月28日，“休斯顿”号和“佩斯”号企图驶过爪哇和苏门答腊之间的巽他海峡，逃进印度洋。当它们绕过巴认维亚（今雅加达）西面的岬地时，遇上了靠在岸边无人看管的日军运输舰。2艘巡洋舰冲上去击沉了直射距离内的2艘运输舰。几分钟后，由3艘巡洋舰和9艘驱逐舰组成的日本掩护部队到达出事地点，随即是单方面的开火。“休斯顿”号被8英寸口径的大炮击中，舰上汽管被炸裂，接着又中鱼雷1枚，前部主炮塔座被击毁，不久又有两枚鱼雷将它的舰体炸裂。当该舰向右舷倾覆时，温斯洛海军中校被掀入海里，他眼睁睁地看着该舰沉入爪哇海底。他回忆说：“‘休斯顿’号似乎像被一阵微风吹起的星条旗，以最后一次挑战的姿态飘没在水中。”身经百战屡击不沉的“爪哇海岸疾驰的幽灵”沉没了。
与此同时，“佩斯”号也身中4枚鱼雷，正在它奄奄待毙之际，6枚鱼雷又接踵而至，“佩斯”号轰然翻沉。随行的驱逐舰“厄佛仙”号也永眠大海。
巴达维亚海战是爪哇海面进行的最后一场海战，战斗结果，盟军不仅没有阻止日军从海上登陆，反而使残存的盟军舰队再次损兵折将。爪哇岛的盟军完全处于束手待毙的境地。面对这一险恶局势，四国联合海军司令部只有下令剩余舰只向澳大利亚突围。
但是已经来不及了。以航空母舰“赤城”号、“加贺”号、“苍龙”号、“飞龙”号为中心的南云舰队以及近藤指挥的第2舰队和南方部队本队，为歼击从荷印地区向澳大利亚逃跑的残余盟舰，并防止美太平洋舰队前来增援，已奉命向爪哇以南海面出击，盟舰队已经到了日暮途穷、山穷水尽的地步。
3月1日凌晨，在泗水海战中受伤的英巡洋舰“厄克塞特”号在它的两艘僚舰的护卫下从泗水起航，准备取道巽他海峡逃往澳大利亚。上午10时左右，3艘盟舰在马威安岛西北方被日本高桥中将指挥的第3舰队及第5舰队发现，结果3艘盟舰悉被击沉。
3月2日晚，南逃的英驱逐舰“斯德伦戈华特”号在数分钟内被日舰炮火击沉，2小时后，美轻型巡洋舰“麦浦尔海特”号正企图利用夜幕掩护逃匿时，被日舰探照灯光捕捉，第2弹就命中了舰桥，仅7分钟，该舰就沉入波涛之中。
3月3日，从南云舰队起飞的280架飞机又攻击了爪哇岛南岸的芝拉扎军港，把大