10月14日、ペトロフ・ベイはフィリピン解放の第一歩構築の手助けに、サギノー・ベイとともにゼーアドラー湾を出撃した。初めはフェリックス・スタンプ少将率いる第77.4.2任務群（通称「タフィ2」）に加わっていたが、10月20日のレイテ島上陸後に空襲を受けていたトーマス・スプレイグ少将率いる第77.4.1任務群（通称「タフィ1」）に転じた。10月21日から24日までは、ペトロフ・ベイの航空機は空中哨戒任務に就いた。10月24日時点で、レイテの戦いに参加していた護衛空母の任務群は、第77.4.3任務群がサマール島沖25海里地点、第77.4.2任務群がレイテ湾入り口沖、そしてペトロフ・ベイがいた第77.4.1任務群はサマール島の南方70海里地点にいた。この10月24日、第77.4.1任務群の護衛空母のうちサギノー・ベイとシェナンゴ ("USS Chenango, CVE-28") は航空機の交換を行うためモロタイ島に向かい、第77.4.1任務群の護衛空母はペトロフ・ベイとサンガモン ("USS Sangamon, CVE-26") 、スワニー ("USS Suwannee, CVE-27") 、サンティー ("USS Santee, CVE-29") の4隻となった。