Le , il prend part à la bataille du golfe de Leyte avec la Force nordique mobile (« Decoy ») du vice-amiral Jisaburō Ozawa. Lors de la bataille au large du cap Engano les 25 et , la force d'Ozawa est attaquée par la Task Force 38 composée des "Enterprise", , , , , , , , et . Le "Tama" est attaqué par des bombardiers torpilleurs TBM Avenger VT-21 du "Belleau Wood" et VT-51 du "San Jacinto". Une torpille Mark 13 touche le "Tama" dans sa chaufferie n°2. Après des réparations d'urgence, le "Tama" quitte la bataille, escorté par le croiseur "Isuzu", avant qu'il ne revienne protéger le porte-avions "Chiyoda" gravement endommagé. Le "Tama" est ensuite escorté par le destroyer "Shimotsuki" avant qu'il n'aille porter assistance au porte-avions d'escorte "Zuihō". Le croiseur rentre ensuite par ses propres moyens à 14 nœuds vers Okinawa.