11月26日拂晓，由56艘输送船组成的日军西路军，在1艘航空母舰、7艘巡洋舰和2艘驱逐舰护航下，进至离爪哇只有250海里处；由40艘输送船组成的日军东路军，在1艘巡洋舰和7艘驱逐舰的护航下，进至离爪哇东端200海里处。
这天中午，2架盟军飞机发现了东路舰队。盟军司令部命令英美荷联合舰队司令多尔曼少将，跟踪追击日军舰队并相机全部消灭日军。
27日下午2时30分，多尔曼少将率领5艘巡洋舰、10艘驱逐舰前往迎击。下午3时半，两军相逢。
盟军舰队在日舰炮射程之外首先开炮。接着双方舰队在25万米的远距离展开了激烈的炮战，盟军准确的炮火纷纷击中日舰，日舰被打得升起一股股黑烟。
下午6时5分，日舰向盟军舰队秘密发射了43枚鱼雷，但因距离过远，全部落空。于是，日舰实施了肉搏式的强袭，向盟军舰只勐冲过来。多尔曼毫不畏惧，指挥各舰勇勐还击。
激战一个小时后，双方损失较大。盟军舰只“科德纳尔”号、“依莱克特拉”号被击沉，“埃克塞特”号遭到重创而退出战斗。日舰“朝云”号、“峰云”号被重创。晚6时59分，日舰为了保证登陆兵力的安全，并期待夜战，主动向北撤去。
虽然损失很大，多尔曼却不想撤退。他开始盲目地寻找日军运输船。殊料，晚上10时30分，盟军一艘驱逐舰被自己的水雷炸沉。
28日0时40分，盟军军舰发现日舰“那智”号、“羽黑”号，双方相距不到6000米。几分钟后，日舰突然掉头北驶，并在相距7200米、方位70度的绝好位置上，向盟军发射了12枚鱼雷。盟军军舰措手不及，慌乱之中，巡洋舰“鲁特”号与“爪哇”号被鱼雷击中。两舰遂即沉入爪哇海的黑色海水之中。南征北战的多尔曼少将与旗舰上的366名官兵一同葬身海底。
爪哇海战，盟军舰队被击沉巡洋舰2艘、驱逐舰3艘，伤1艘；日军损失5艘运兵船、伤巡洋舰、驱逐舰多艘。经此一战，盟军赖以保卫爪哇岛的海上力量渐趋崩溃，可以说败局已定。
盟军残存的10艘舰只在天亮时分别驶抵雅加达和泗水。第二天，4艘美舰要求逃往澳大利亚，得到批准。早晨5时许，悄悄地驶出了泗水港，并在昏暗中安全地通过了狭窄的巴厘海峡。当晚，“珀恩”号与“豪斯顿”号离开了雅加达，在逃跑途中被日舰击沉。英国的最后几艘军舰“埃克塞特”号和两艘驱逐舰，企图趁黑夜通过巽他海峡逃跑，但是在日军俯冲轰炸机的协助下，被全部击沉。
12月5日，日军第16军在雅加达登陆成功，随即占领了爪哇和苏门答腊海峡。9日，荷军指挥官命令全体部队放下武器。
当地的万隆电台广播了最后一条令人悲痛的消息：我们停止了抵抗……来日再见。女王再见!