„Honolulu” opuścił rejon wyspy Manus w archipelagu Wysp Admiralicji 12 października i popłynął w kierunku Filipin, by wziąć udział w inwazji na Leyte. Okręt rozpoczął bombardowanie artyleryjskie z zatoki Leyte 19 października, a następnego dnia rozpoczął osłanianie desantów. O godz. 16:00 20 października „Honolulu” został zaatakowany przez japoński samolot torpedowy, który zrzucił torpedę w jego kierunku. Pomimo umiejętnego manewrowania przez komandora Thurbera w celu uniknięcia trafienia torpeda trafiła krążownik.