Dopo una lunga messa a punto, si unì alle forze navali alleate operanti nel teatro del Mediterraneo e fece parte della vasta flotta che condusse lo sbarco in Sicilia (9 luglio 1943), rimanendo nella zona fin verso la fine del mese. Tornato negli Stati Uniti, fu trasferito sul fronte dell'Oceano Pacifico e fu inviato nelle isole Salomone, dove giunse nel mese di novembre: pochi giorni dopo fu severamente danneggiato nel corso di un attacco aereo giapponese e rimase in riparazione sino al febbraio 1944, quindi trascorse alcuni mesi in esercitazioni varie; fu quindi aggregato alla Quinta Flotta, incaricata di occupare le isole di Saipan, Tinian e Guam nelle Marianne: l'incrociatore rimase nel settore sino al 1º agosto, fornendo fuoco di copertura o d'appoggio alle divisioni sbarcate, venendo colpito solo di striscio. Dall'inizio di settembre scortò la flotta di portaerei veloci d'attacco in una serie di incursioni sulle isole Palau, sulle Filippine (presso le quali contribuì alla distruzione di un convoglio costiero giapponese) e infine sull'Isola di Formosa. Nella seconda metà d'ottobre 1944 rimase a difesa delle portaerei, impegnate nel supporto all'invasione delle Filippine e agli attacchi alle squadre giapponesi che convergevano sull'arcipelago; tuttavia il 24 ottobre rimase coinvolto nell'esplosione della portaerei leggera , danneggiata da un velivolo nipponico e cui si era affiancato per prestarle soccorso. I danni riportati e le vittime sofferte (più di 650 tra morti e feriti) costrinsero il "Birmingham" a rimanere nei cantieri statunitensi sino al gennaio 1945.