联合突击编队组成后，杜尔曼将军就积极地抗击日军舰队。　然而，日军却按照自己的军事意图，一个又一个地攻取战略要地。日本海军航空队发挥了巨大作用，不断向联合突击编队发动袭击，而盟军方面的空军却始终没能与海军达成配合。2 月 19 日，联合突击编队与日本舰队在巴塘海峡进行了一次交锋，战果使人大失所望;盟军的一艘驱逐舰被击沉，一艘轻巡洋舰和一艘驱逐舰被击伤;而日军只有三艘驱逐舰被击伤。

这时，日军向东、西爪哇发动进攻的部队已经出发，按照计划，他们将在 2 月 28 日同时登陆。盟军无法准确把握敌人行动的准确时刻表，但他们显然已察觉了日军的战略意图，接连几个昼夜，杜尔曼将军的联合突击编队都在爪哇海域附近巡航，但一直未遇到日军。有人认为杜尔曼还可以再向北巡逻，就有可能接近日军舰队。杜尔曼则认为日军随时可能实施登陆，他的舰队如果向北航行，就有可能放过日军舰队，无法及时赶到登陆地点。杜尔曼要求附近的美国空军部队派出轰炸机和侦察机对他提供援助。美国指挥官同意了这一要求，但联合空军司令部却对这支空军部队下达了另一项任务。而一架载有 32 架战斗机的小型兰利号航空母舰又被日海航击沉。至此，杜尔曼几乎已完全失去了空军的配合。对于这位擅长海空联合作战的将军来说，这实在是一个悲剧。

2月27日14时27分，杜尔曼得到了准确的情报，日海军舰队已出现在马威安附近。杜尔曼当即命令联合突击编队向马威安驶去。这时，参加编队的盟军舰艇，共有 2 艘重巡洋舰、3 艘轻巡洋舰和 9 艘驱逐舰，旗舰是巡洋舰“德·鲁伊特”号。他们所面临的日军舰队共有 2 艘重巡洋舰、2 艘轻巡洋舰和 14 艘驱逐舰，旗舰是“那智”号，由高木武雄司令官指挥，护卫着41 艘运输舰，运送登陆的士兵。

从数量上看，日军并不占太大的优势。然而他们在其它方面却占有明显的优势。杜尔曼连一架侦察机都没有，通讯能力也较差;日军却不断派出飞机侦察敌情。最重要的是，日军训练有素，配合默契，而联合突击编队中的舰艇，从来没有在一起进行过战斗!此外，日军还拥有一种远航程鱼雷，可以在远距离有效地攻击对方水面目标。

16 时 16 分，这场你死我活的激烈海战开始了。日军巡洋舰“神通”号首先向盟军驱逐舰“厄勒克特拉”号开火，“厄勒克特拉”号和“朱庇特”号向“神通”号反击。1 分钟后，日重巡洋舰“那智”号也加入了战斗。杜尔曼发现己方舰队所处的战斗形势不利，于是改变航向，重新排列阵式。两支舰队间的距离逐渐缩短，轻巡洋舰也加入了炮战。日军驱逐舰利用航速快的优势，继续向前航行，占领有利阵位发射鱼雷。盟军舰队却因为“科顿艾尔”号驱逐舰锅炉故障，速度受限，致使整个舰队无法高速行动。

双方都有舰艇受了轻伤。日舰开始发射鱼雷。17 时 05 分，盟军巡洋舰“埃克塞特”号被一颗鱼雷击伤，“休斯敦”号也中了弹，不得不减速，盟军舰队的队形被打乱。3 分钟后，“埃克塞特”号再次中弹，8 个锅炉被炸毁6 个，它不由自主地向左转向，其它的盟军舰艇也随着它改变了方向，只有旗舰“德·鲁伊特”号仍保持着原来的航向。“珀斯”号急忙在“埃克塞特”号周围施放烟幕，以防它再受日舰攻击。而日军的侦察机一宣在盟军舰队上方盘旋，为日舰提供准确的攻击目标。混乱之中，驱逐舰“科顿艾尔”号于17 时 13 分被鱼雷击中，炸成两半，2 分钟后即沉入海中。

17 时 25 分，杜尔曼才重新控制住局势。他命令驱逐舰进行反击。“厄勒克特拉”号、“遭遇”号和“朱庇特”号向日军舰队冲击。战斗中，它们击伤了日舰“潮”号、“涟”号驱逐舰，而“厄勒克特拉”号则被日军击沉。 太阳落下了海面。杜尔曼下令施放烟幕，准备撤出战斗，18 时 30 分，双方舰队脱离接触。战斗暂时中止。联合突击编队的损失显然比日军要大。更加糟糕的是日本侦察机很快就盯上了盟军舰队，而盟军舰队却无法把握敌军的动向。 天平已经向日本海军倾斜。

杜尔曼仍决心不惜一切代价完成自己的使命，他希望能发现敌人的运输舰，消灭敌人的登陆部队。然而他无法做到这一点。高木武雄却能根据侦察机提供的情报，总是把自己的舰队阻隔在盟军舰队和运输队之间，保护运输舰队不受攻击。

杜尔曼的舰队在黑夜里追踪着日军舰队，双方不时发生小规模的炮战。然而到了 21 时 25 分，盟军又遭到了新的打击，“朱庇特”号可能撞上了他们自己布下的水雷，当场被炸沉。这时，除了回港口加油的驱逐舰，联合突击编队中只剩下四艘巡洋舰和“遭遇”号驱逐舰。可是“遭遇”号驱逐舰无法同巡洋舰保持相同的速度，不久就从战场上消失了。

时近午夜，顽强战斗的四艘盟军巡洋舰突然遭遇了日军巡洋舰“羽黑”号和”那智”号。日舰抢先占据了有利地位，左、右舷舰炮一齐开火，同时还发射了鱼雷。直到这时，盟军还没弄明白日军的新式鱼雷射程有多远!23时 32 分，“爪哇”号被鱼雷击中;两分钟后，联合突击编队的旗舰“德·鲁伊特”号也中了鱼雷。

20 分钟后，“爪哇”号沉入海底。 “德·鲁伊特”号中弹后，在海上漂浮了一个半小时才最后沉入海中。杜尔曼将军完全有足够的时间搭乘救主艇离舰求生。然而，这位忠实的反法西斯战士，却和他的参谋们一起，选择了与战舰同归于尽的命运。这不仅仅是将士们悲壮的结局，几乎也就是联合突击编队以至盟军在爪哇大海战中的悲壮结局。 联合突击编队最后的两艘巡洋舰，“佩思”号和“休斯敦”号仍在坚持战斗。2 月 28 日凌晨零时 13 分，“珀斯”号在连中 6 发鱼雷后沉入海底。“休斯敦”号孤军奋战，对付绝对优势的敌人，但它只多坚持了 7 分钟，零时 20 分，“休斯敦”号被 3 枚鱼雷击中，20 分钟后沉没。

在这次战役中，日军仅损失一艘扫雷艇和一艘商船，其它舰只连受伤的也不多! 盟军在东印度的海上力量就此一蹶不振。他们试图阻止日军在爪哇岛登陆的全部努力，只不过使日军的登陆时间比原计划推迟了 24 小时。3 月 1 日，日军在原指定的 4 个地点顺利登陆。 3 月 5 日，东印度政府已在考虑投降。

3 月 8 日，东印度政府同日军举行会谈，决定无条件投降。 日军原估计要用 6 个月的时间来攻占东印度群岛，结果只用 3 个月便达到了目的。