Nhưng trong khi cuộc đổ bộ đang diễn ra, Hạm đội Nhật Bản tiến về phía Nam để kháng cự, và trong đêm 24 tháng 10 cánh phía Nam của đối phương tiến vào eo biển Surigao. Các đợt tấn công dũng cảm bằng xuồng phóng lôi và tàu khu trục đã mở màn cho Trận chiến vịnh Leyte mang tính quyết định. "Columbia" cùng các tàu tuần dương khác gia nhập cùng các thiết giáp hạm cũ đang chờ sẵn, và trong một cuộc cơ động rất cổ điển, các tàu chiến Mỹ cắt ngang chữ T hàng tàu chiến Nhật. Cuộc đụng độ sau đó đã đánh chìm thiết giáp hạm "Yamashiro", và buộc tàu tuần dương hạng nặng "Mogami" bị hư hại nặng cùng các đơn vị khác phải rút lui. Về sáng, "Columbia" tiến lên bắn những phát đạn sau cùng kết liễu tàu khu trục "Asagumo" vốn đã bị đánh hỏng do các cuộc tấn công trước đó.