Deux mois plus tard, il participa à la bataille de Santa Cruz, assurant la découverte des navires américains. Attaqués par l'aviation embarquée japonaise, les Américains perdirent le pendant que le cuirassé et le croiseur léger  étaient sérieusement endommagés. Le "Chikuma" fut attaqué par un Douglas SBD Dauntless du "Hornet" touchant le croiseur au niveau de la plate-forme tribord avant lance-torpilles. Les dégâts ne furent pas aussi catastrophiques car les torpilles furent promptement jetées à la mer. Deux autres bombes touchèrent le croiseur faisant 190 morts et 154 blessés, dont le capitaine du navire .