Từ ngày 8 tháng 6 đến ngày 12 tháng 8, "Cleveland" tham gia Chiến dịch quần đảo Mariana. Vào ngày 24 tháng 7, trong cuộc tấn công chiếm đóng Tinian, "Cleveland" đã đến để trợ giúp cho tàu khu trục "Norman Scott", vốn đã bị bắn trúng sáu lần trong vòng vài giây bởi các khẩu đội phòng thủ duyên hải đối phương. Chiếc tàu tuần dương đã cơ động vào vị trí giữa "Norman Scott" và bờ biển, giúp ngăn cho nó khỏi tiếp tục trúng đạn. "Cleveland" tiến hành bắn pháo áp chế, rồi sau đó bắn pháo hỗ trợ cho lực lượng trên bờ cho đến khi nó gia nhập Lực lượng Đặc nhiệm 58 trong Trận chiến biển Philippine vào ngày 19–20 tháng 6. Mặc dù chỉ có ít máy bay đối phương xuyên qua được hàng rào tuần tra chiến đấu trên không của các máy bay từ tàu sân bay Mỹ, "Cleveland" cũng ghi được chiến công bắn rơi ít nhất một máy bay đối phương và hỗ trợ cho việc bắn rơi vài chiếc khác.