Wie fast die gesamte japanische Flotte wurde auch die "Chikuma" zur großen Operation zur Verteidigung der philippinischen Insel Leyte herangezogen. Sie gehörte zum Verband von Vizeadmiral Takeo Kuritas Kampfgruppe, die durch die San-Bernardino-Straße bis zu den amerikanischen Geleitflugzeugträgern vorstoßen konnte. Während der Gefechte mit diesen und deren Eskorten wurde die "Chikuma" am 25. Oktober 1944 von Torpedos von Flugzeugen der Träger getroffen; sie trieb danach antriebslos im Meer. Ihre Mannschaft wurde vom Zerstörer "Nowaki" aufgenommen, der das Schiff am späten Morgen dann versenkte. Die "Nowaki" wurde auf ihrem Rückmarsch in der folgenden Nacht dann ebenfalls versenkt, und nur eines der Besatzungsmitglieder der "Chikuma" überlebte.