Конкурент B5N бомбардировщик Mitsubishi В5М1 Model 61 «Mabel», Судзука-кокутай, 1938 год.
Тем временем, главные японские силы, после тщательной разведки, перешли к атаке. Примерно в 15:00 в воздух взлетело 27 D3A1 и 18 истребителей сопровождения. Отрядом командовал подполковник Секи. Часом спустя вылетел второй эшелон, насчитывавший 27 D3A1 и 9 А6М2. Вторую группу вел капитан Такахаси. Торпедоносцы B5N2 остались в резерве. Когда японские самолеты приблизились к авианосцам, выяснилось, что те уже успели поднять в воздух истребители. Американских истребителей было много, но часть из них удалось связать боем. Пикировщики начали налет. Главный удар обрушился на «Энтерпрайз», который атаковало сразу 18 D3A1. Корабль получил три попадания, в результате чего у авианосца заклинило руль, на борту вспыхнул пожар, возник небольшой крен на борт. Ситуацию удалось стабилизировать лишь к 18:30. Счастье улыбнулось американцам, так как самолеты второго эшелона не нашли «Энтерпрайз», который, без сомнения, не смог бы отразить второй налет. Потери японцев были ощутимы. Кроме «Рюдзё» они потеряли 19 D3A1 и 6 А6М2.
Следующий поединок у Соломоновых островов состоялся 26 октября 1942 года. В историю этот бой вошел под названием боя у острова Санта-Круз. Накануне, 25 октября передовые части японской армии зацепились за край аэродрома Хендерсона на Гуадалканале. Штурмовые части 17-й армии доложили, что уже захватили взлетные полосы. Это не соответствовало действительности и повлекло серьезные последствия. Захват аэродрома был сигналом к началу следующей фазы операции. Японский флот у острова состоял из трех частей. Отряд контр-адмирала Абе (два линкора, четыре крейсера и семь эсминцев) составлял передовой заслон флота, 1-й дивизион авианосцев вице-адмирала Нагумо («Сёкаку», «Дзуйкаку» и «Дзуйхо») и отряд поддержки вице-адмирала Кондо (2-й дивизион авианосцев — «Дзюнё», два линкора, пять крейсеров и одиннадцать эсминцев). Американцы располагали двумя авианосцами («Хорнет» и «Энтерпрайз»), контр-адмирала Кинкейда, а также отрядом прикрытия (64-я тактическая группа контр-адмирала Ли), состоявший из линкора «Вашингтон», трех крейсеров и пяти эсминцев. Подойдя к Гуадалканалу, японская эскадра оказалась в зоне досягаемости американских разведывательных самолетов. Первым был обнаружен отряд поддержки, вскоре американцы определили местоположение передового отряда. С «Энтерпрайза» в воздух вылетело 11 «Dauntless», в задачу которых входило определить точное нахождение противника. Все самолеты несли бомбы. Но в этот день боевого соприкосновения не произошло. Американские самолеты не нашли японских кораблей. 26 октября на разведку вылетели самолеты VS-10 и VB-10. Разведку вели и японцы. Некоторые «Донтлессы» столкнулись в воздухе с японскими самолетами и завязали поединки. Несколько самолетов заметило авианосец, который был идентифицирован как «Сёкаку». Два самолета сумели сбросить бомбы на корабль, который в действительности был малым авианосцем «Дзуйхо». Обе бомбы попали в цель и «Дзуйхо» потерял боеспособность. В то время как два американских самолета сбрасывали бомбы, с палуб японских авианосцев поднимались самолеты, которые должны были нанести удар по эскадре адмирала Кинкейда. В 7:10 в воздухе было уже 21 D3A1, 22 B5N2 и 21 А6М2. В воздухе также находился ведущий самолет D4Y1-C «Judy». Следом предполагало отправить второй эшелон, но вылет самолетов задержался из-за налета на «Дзуйхо». Последние самолеты поднялись в воздух в 8:00. С палубы «Сёкаку» вылетело 20 D3A1 и 5 А6М2, а с «Дзуйкаку» стартовали 17 B5N2 и 4 А6М2. В 9:05 с авианосца «Дзюнё» поднялись 17 D3A1 и 12 А6М2. Всего против кораблей адмирала Кинкейда вылетело 138 самолетов, в том числе 57 D3A1, 39 торпедоносцев B5N2 и 42 истребителя А6М2. В это же время с американских авианосцев взлетели бомбардировщики SBD-3 ёи торпедоносцы TBF-1. Однако американский авиаотряд был в половину меньше и насчитывал вместе с истребителями прикрытия только 73 машины.
В 9:10 японские самолеты атаковали американскую эскадру, несмотря на противодействие со стороны истребителей F-4F и корабельной зенитной артиллерии. Целью японцев стал «Хорнет». Первыми ударили пикировщики, затем сбросили торпеды торпедоносцы. Шестерка D3A1 с «Дзуйкаку» добилась трех прямых попаданий, потеряв при этом три самолета. Следующие шесть самолетов с «Сёкаку» промахнулись, но один из них был сбит и рухнул в районе боевой рубки авианосца, причинив кораблю новые повреждения. В этот же момент в атаку перешли торпедоносцы с «Сёкаку». Несмотря на стену огня и кружащие в воздухе истребители, торпедоносцы прорвались и добились двух попаданий. Одна торпеда попала в центр борта, другая — в корму. «Хорнет» вышел из боя, команда пыталась удержать корабль на плаву. Победа дорого обошлась японцам, было сбито 24 самолета: 10 B5N2,11 D3A1 и 3 А6М2. Еще 14 машин получили серьезные повреждения и не дотянули до авианосцев. Всего из 138 машин первого эшелона японцы потеряли 38 самолетов.
Nakajima B5N1 из Уса-кокутай, мобилизованный в 1945 году. Тогда много старых самолетов снова вернули в боевые части.
Тем временем в атаку перешли самолеты второго эшелона. Их целью стал «Энтерпрайз». Пикировщики сумели точно положить две бомбы, причем повреждения от них оказались менее опасными, чем в случае с «Хорнетом». Возникшие пожары быстро ликвидировали аварийные команды. В 10:30 торпедоносцы второго эшелона атаковали горящий «Хорнет». Эти самолеты вылетели позже всех с «Дзуйкаку» и прибыли на место, когда американский авианосец уже был окутан клубами дыма. Видя это, командир группы торпедоносцев приказал перенести атаку на «Энтерпрайз», но все торпеды прошли мимо авианосца, которым отчаянно маневрировал капитан корабля, командор Хардисон. Часть японских самолетов была сбита. Затем атаку начали пикировщики с «Дзунье». Как и торпедоносцы, они не стали добивать горящий «Хорнет», а атаковали «Энтерпрайз». Лишь одна бомба упала в опасной близости от борта, остальные прошли мимо. Остальные пикировщики с «Дзунье» атаковали другие корабли эскадры. По одному попаданию получили линкор «Южная Дакота» и крейсер «Сан-Хуан», но это не сильно сказалось на боеспособности кораблей.
Во второй половине дня японцы повторили налет, имея целью добить «Хорнет». С «Дзюнё» и «Дзуйкаку» вылетело 14 B5N2, несущих 800-кг бомбы, а также 2 D3A1 и 13 А6М2. Налет начался в 15:40. Только одна бомба попала в цель, но этого оказалось достаточно. Капитан авианосца, командор Мэнсон приказал команде покинуть корабль. Горящий авианосец еще долго держался на плаву и ушел под воду лишь поздней ночью. Бой закончился. Японцы потеряли 95 самолетов и имели два поврежденных авианосца: «Сёкаку» и «Дзуйхо». Американцы потеряли «Хорнет».
Битва при Санта-Крузе стала последней операцией, в которой участвовали D3A1. Вскоре в боевые части стала поступать новая модификация этого самолета D3A2 Model 22, однако в начале 1943 года этот самолет уже окончательно устарел. Большинство пикировщиков этого типа базировалось на сухопутных аэродромах, а роль палубного пикировщика стал исполнять D4Y «Judy». Лишь несколько D3A2 осталось в составе авиагрупп на малых авианосцах. B5N2 также уступили место новому самолету, которым стал Nakajima B6N «Tenzan». Оставшиеся B5N2 также перевели в части, базирующиеся на суше. Но на этом карьера обоих типов самолетов не закончилась.
