"Longshaw" lên đường cùng Đội đặc nhiệm 38.3 vào ngày 6 tháng 10 cho một chiến dịch không kích rộng lớn, chuẩn bị cho Chiến dịch Philippines. Máy bay từ tàu sân bay đã đánh vào các sân bay đối phương tại Okinawa, Đài Loan và Luzon từ ngày 10 đến ngày 13 tháng 10. Nằm trong thành phần hộ tống, bản thân chiếc tàu khu trục đã bắn rơi một máy bay ném bom-ngư lôi đối phương tại Đài Loan vào ngày 12 tháng 10. Các tàu sân bay nhanh tiếp tục hoạt động hỗ trợ cho việc đổ bộ lên Leyte, liên tục đánh phá các sân bay tại Philippines cho đến đêm 24 tháng 10, khi lực lượng hùng hậu này chuyển hướng lên phía Bắc tấn công lực lượng tàu sân bay Nhật, mà thực chất hầu như không còn máy bay và hoạt động như mồi nhữ, trong Trận chiến mũi Engaño diễn ra sau đó. Máy bay Hoa Kỳ đã tiêu diệt số tàu sân bay còn lại của Hải quân Nhật Bản.