第五分舰队之所以会临时调整牛岛附近的兵力部署，是因为国防军在这日傍晚对牛岛进行的空中巡视中发现了异常。
当时，或许是兴奋于就要离开这个困守的小岛并即将返回与家人团聚，又或是觉得晚间预定的撤离时间太过于仓促，岛上的部分日军在天还未全黑时便卸去了伪装，开始着手撤退的准备。
日军的这些行为，恰好被飞过他们头顶的NN-1927型水上飞机发现，并很快把这一可疑的情况进行了报告。
国防军根据收到的情报，再结合日军近期一系列的反常举动，终于对牛岛日军的动态做出了新的判断，随即也安排了相应的措施，重点之一便是加强牛岛海面的夜间警戒。
当晚，第五分舰队就加派了舰只，从巡洋舰第十一支队抽调了“武昌II”号和“济南II”号轻巡洋舰，与从驱逐舰第三支队调来的“天狗II”号、“穷奇II”号和“混沌II”号，组成混合编队。
这支五舰编队以“武昌II”号为旗舰，负责对牛岛的北、东、南三面进行往返巡逻。
“武昌II”号编队在巡视中，把南面海域列为了重点，因为那边有牛岛上唯一的码头，国防军此前还曾在那里设置过水上飞机基地，其条件最有利于两栖作业。
不过日军选定的登船地点却另在别处，他们选择的位置是在岛东北角的小海湾处，也正因如此，其前来接运陆军官兵的六艘驱逐舰很幸运的避开了国防军的战舰。
深夜里，日军的两支牵制编队依照计划率先进入指定活动海区，随即被加强了戒备的国防军战舰察觉。
所以日军的这两支编队没能像上一次那样，仅是在海上转了一圈就算完成任务，而是很快就与对手发生了交火。
当然在他们身具的任务中，确保自身安全也是重要的一项，于是刚一接火便转舵后撤，故而都成功的摆脱了追击，在安全返航的同时也确实吸引了国防军舰队的注意力。
日军六艘负责接运的驱逐舰，是于稍晚些时候，在第1水雷战队的“朝雾”号、“夕雾”号、“天雾”号和“狭雾”号的伴随下抵达牛岛东边海域的。
此时国防军的“武昌II”号编队恰好正在牛岛的南面徘徊，日军六舰便趁机潜入预定海湾开展接运作业，而担负警戒任务的“吹雪”型驱逐舰则活动于相对靠外围的海面。
不久后，“武昌II”号编队开始慢悠悠的转向东面驶来，当行至牛岛东南角的海面时，被日军四艘警戒的驱逐舰率先发现。
迅速做出反应的日舰，随即向“武昌II”号编队扑去，并且迎头进行了九零式鱼雷的齐射。
国防军战舰这时才发现前方有陌生舰影，还在协调确认之时，日舰的鱼雷已经到达近前。
轻巡洋舰“武昌II”号和驱逐舰“天狗II”号很不幸的各被两枚鱼雷击中，后者仅在两分钟内就沉入了海底，当然前者也不过是多挣扎了一会。
随着鱼雷的爆炸声响起，日军四艘“吹雪”型驱逐舰又开始了炮击，国防军剩余三舰也在慌乱中逐渐镇定下来，全力展开还击。
被动中的国防军战舰，虽然在数量上处于劣势，但火力配置上却并不逊色于敌人，仅主炮方面就以八门152毫米炮外加十六门127毫米炮，全面压过日舰的二十四门127毫米炮。
所以在双方进入到以炮战为主的近距离交火后，日舰在对方猛烈的火力打击之下很快就有些承受不住了。
日舰的优势在于是主动接战，并且保持着良好的单纵队队型，可以让各舰的火力得到充分的发扬。
国防军三舰则是仓促迎敌，而且在躲避日舰鱼雷袭击时弄乱了战位，造成队列中间的“穷奇II”号位置凸出靠近日舰编队，另两舰却因被友舰遮挡而存在一定的射击死角。
因此“穷奇II”号遭到了敌舰的集火攻击，不到十分钟就中弹数十发，舰体倾斜，舰上人员伤亡惨重。
不过“穷奇II”号吸引了敌方的几乎全部火力，倒是给“济南II”号和“混沌II”号赢得了调整的空档。
特别是“济南II”号，经过最初的几轮试炮后终于找到了状态，随即以连续的精准的齐射打得日舰“朝雾”号起火爆炸。
见目标已经丧失了战斗力，意犹未尽的“济南II”号又把炮火转向了日舰“夕雾”号。
后者哪里能承受得起这样的“厚爱”，在几分钟内连挨了十余发152毫米炮弹后，便如死鱼一般，一面燃烧着一面漂在海面上动弹不得。
另一边的“混沌II”号则盯上了日舰“狭雾”号，华夏“精卫II”级驱逐舰本来就是为了应对日本的“吹雪”型而发展的，这回终于到了检验效果的时候。
“精卫II”级相比“吹雪”型，在体型和火炮方面都占有优势，鱼雷在齐射的密度上也不逊于对方多少，因此“混沌II”号很快就轰得敌舰毫无还手之力。
剩下的日舰“天雾”号，因处于国防军两舰的射击死角而被忽视，该舰见友舰皆已无法挽救，遂调头加速逃离了战场，这场短暂的夜战在进行了不到二十分钟后就此结束。
在“牛岛夜战”中，国防军轻巡洋舰和驱逐舰各有一艘被击沉，“穷奇II”号因伤势过重而被放弃，“混沌II”号受了不太重的伤。
日军则损失了三艘驱逐舰，而且日军六艘负责接运的驱逐舰，利用“牛岛夜战”以及战后国防军舰只打扫战场抢救人员的时机，顺利的接上了牛岛上的陆军人员，完成了这次行动中最核心的任务。
因此，无论是从战果上看，还是从达成作战来看，日军都是此战的获胜一方。
不过这样的小胜，却掩盖不了日军整体退却的趋势，随着第二天华夏军队收复了空空如也的牛岛，日本在其西南方向将面临着国防军的直接威胁，日本的本土也陷入到随时会遭到入侵的危险境地。
就在华日双方围绕着济州岛的战斗暂时告一段落的时候，双方在朝鲜半岛上早就集结了超过百万的大军，新一轮的战事也已经如火如荼的展开了。