После боя в Яванское море 28 февраля Perth и Houston прибыли в Батавию, однако тут же получили приказ следовать в Чилачап, и в 21.00 снова вышли в море. Их должен был сопровождать голландский эсминец «Эвертсен», но он задержался в порту и не догнал крейсера, путь которых лежал через Зондский пролив. Союзники не знали, что как раз в это время японцы начали там высадку десанта. Ближнее прикрытие осуществляли тяжелые крейсера Mikuma, Mogami, а также легкий крейсер «Натори» с 10 эсминцами; авианосец Ryujo и 4 тяжелых крейсера маневрировали в 20 милях к северу.
Между 22.40 и 22.55 с американского крейсера было обнаружено большое количество транспортов, стоявших на якоре в бухте Бантен, и по ним был открыт огонь. Так началось сражение в Зондском проливе. Houston и Perth случайно выполнили давнее желание своих адмиралов, попав в самую гущу неприятельского десантного соединения в самый уязвимый для него момент. Увы, они оказались в одиночестве, с ограниченным запасом снарядов, к тому же противник не собирался отпускать им достаточно времени. Через полчаса наблюдатели концевого Perth заметили японский эсминец «Фубуки», подходивший к крейсерам с правой раковины, но приняли его за свой корабль. Союзники показали опознавательные, на что японский эсминец выстрелил осветительным снарядом и с дистанции 12 — 15 кбт выпустил все свои девять торпед. Они прошли мимо Houston и Perth, но две из них поразили разгружавшиеся у берега транспорты.
Крейсера повернули на север и вышли из бухты, попав в ловушку. С северо-запада к ним приближались «Натори» с 8 эсминцами, а с востока — Mikuma и Mogami еще с одним эсминцем. В 23.40 бой вспыхнул с новой силой и велся на предельно короткой дистанции — от 2,5 до 25 кбт. Perth сумел добиться попадания в рулевое отделение эсминца «Харукадзе» (пострадал незначительно), но и сам был поражен четырьмя торпедами и множеством 203-мм снарядов. В 0.25 1 марта корабль пошел на дно. Houston продержался дольше. Он успел расстрелять весь боезапас, однако от полученных повреждений в 0.45 перевернулся и затонул.