"Chitose" tenggelam pada peristiwa Pertempuran Teluk Leyte, oleh kombinasi pesawat pembom, meriam kapal penjelajah dan torpedo kapal perusak Sekutu. Berdasarkan rencana operasi tersebut, Armada Ozawa yang menampung "Chitose" di dalamnya memang dimaksudkan menjadi umpan bagi armada Sekutu. Oleh karena itu, jumlah pesawat yang ada sengaja diminimalisir untuk membuat armada Amerika terpancing pada "Chitose" dan memburunya serta menjauhi area pantai pendaratan Filipina. Ia benar-benar tewas setelah terkena torpedo dari pesawat milik di Tanjung Engano. 903 kru-nya ikut tewas tenggelam bersamanya, sementara 601 lainnya berhasil diselamatkan oleh dan .