Hoạt động duy nhất của "Bagley" trong Trận chiến vịnh Leyte vĩ đại chỉ là tham gia một đội tuần dương-khu trục được cho tách ra để truy đuổi vô vọng các tàu sân bay đối phương đang rút lui, về thực chất chỉ là mồi nhữ với chỉ một số rất ít máy bay còn hoạt động được trên tàu. Khi trận chiến kết thúc vào ngày 25 tháng 10 và các lực lượng Nhật Bản còn sống sót đã rút lui, nó gia nhập trở lại các tàu sân bay trong khi chúng hỗ trợ các hoạt động trên bộ tại Leyte. Để tiêu diệt không lực Nhật Bản đang được tập trung tại miền Trung Philippine, Đội đặc nhiệm 38.4 đã tung ra cuộc không kích xuống Luzon từ khu vực tuần tra phía Đông vịnh Leyte vào ngày 30 tháng 10.