לקראת קרב לייטה שבמסגרתו כוחותיו של מקארתור השיגו דריסת רגל בפיליפינים, היה על נימיץ לוודא את הביטחון של הכוחות האמריקאים בלייטה מפני הצי היפני. מכיוון שלצי היפני נותר רק מספר דל של נושאות מטוסים, היו אלו אוניות מלחמה שהיוו את הכוח המרכזי שנשלח למניעת ההשתלטות האמריקאית על לייטה. נימיץ פיקד על מהלך הקרב המכריע במפרץ לייטה (24-26 באוקטובר 1944). הקרב הוביל לאובדן 10,000 חיילים יפנים והיווה הפסד כבד עבור הצי היפני שאיבד 26 אוניות במהלכו. במהלך הקרב נפלה נושאת המטוסים היפנית האחרונה שהייתה מעורבת במתקפה על פרל הארבור. כמו כן, היה זה הקרב הראשון שבמהלכו הוצאו לפועל התאבדויות טייסים מכוונות לתוך אוניות אמריקאיות; "קמיקזה".