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.
В первых числах февраля 1943 года началась эвакуация японских войск с Гуадалканала. Прикрывали отступление самолеты с авианосцев 1-го дивизиона, действуя с наземного аэродрома. На Соломоновых островах американцы держали крупные силы авиации, в задачу которых входило прикрывать морские конвои. Лишь по возможности американские самолеты наносили удары по японцам. Но этими возможностями американцы пользовались по полной программе. Перегруженные пехотой японские транспорты то и дело получали прямое попадание бомбой или обстреливались из пулеметов. Японцы не оставались в долгу. Уже 1 февраля 1943 года 15 D3A2 из 582-го кокутая атаковали американские корабли в районе острова Саво. Японцам удалось отправить на дно эсминец «Де Хевен», потеряв при этом пять пикировщиков. Следующий налет японцы провели через три дня. В налете участвовали 10 D3A2 из той же части. На этот раз японцы потеряли шесть машин, а результат налета оказался минимальным. 8 февраля 1943 года эвакуация японских войск с Гуадалканала была закончена.
Оставив Гуадалканал, японцы не собирались переходить в глухую оборону. 1 апреля началась операция «Иго», которая охватила Соломоновы острова и Новую Гвинею. Поддержку с воздуха обеспечивали самолеты 21-го и 26-го кокусентаев, базировавшиеся в Рабауле, а также самолеты из авиагруппы 1 — го и 2-го дивизиона авианосцев (в том числе 65 D3A2 и 5 B5N2). 7 апреля группа из 67 D5A2 из 582-го кокутая, а также с авианосцев «Дзюнё» и «Дзуйкаку» совершила налет на аэродромы Рассел и Тулаги, а также перехватила конвой, шедший восточнее Гуадалканала. Самолеты действовали в трех группах, каждая группа имела свою цель. Истребительное прикрытие состояло из 157 А6М2. Несмотря на сильное сопротивление со стороны противника, группа, шедшая на Тулаги, достигла цели и нанесла удар по порту, в котором находилось под заправкой несколько транспортных судов и небольших кораблей. Удалось потопить эсминец, новозеландский корвет, а также серьезно повредить танкер «Канахава». Дым горящего топлива затянул всю акваторию порта и не дал остальным бомбардировщикам прицельно сбросить бомбы. В районе порта японцы потеряли девять D3A2 и 12 истребителей. Американцы потеряли семь самолетов. Вернувшись в Рабаул, японские летчики доложили об уничтожении по меньшей мере 26 кораблей противника (в том числе крейсера) и 41 самолета! Это была чистейшей воды фикция. Тем не менее, налет можно признать успешным. 11 апреля японцы совершили новый налет. В налете участвовал 21 D3A2 и 71 истребитель. Атаке подвергся конвой в заливе Оро на Новой Гвинее. Потеряв четыре пикировщика и два истребителя, японцы потопили два транспорта. Последней операцией с участием D3A2 в рамках плана «И-го» стал налет 14 апреля, когда 44 D3A2 и 75 G4M1 «Betty» в сопровождении 129 А6М2 совершили налет на залив Милна. Но в этот день в заливе почти не было кораблей, удалось потопить только один транспорт. К счастью, американских истребителей в том районе также не оказалось. На этом участие морской авиации в операции «И-го» завершилось. Но это не означало, что японцы отказались от налетов. 16 июня 24 D3A2 из 582-го кокутая, дислоцированного в Рабауле, совершили налет на Лунга-Пинт. Пикировщикам удалось потопить один транспорт, и серьезно повредить два других судна. Однако победа оказалась пирровой, японцы потеряли 13 D3A2 и 15 истребителей.
