クリーブランドは1944年6月8日から8月12日までマリアナ諸島侵攻作戦に参加する。サイパン島砲撃では、クリーブランドとモントピリア ("USS Montpelier, CL-57") が最も多く砲弾を発射したと噂された。6月19日、20日のマリアナ沖海戦では第58任務部隊（マーク・ミッチャー中将）に合流し、第58.3任務群に属する。空母艦載機部隊を突破した日本軍機はほとんどなかったが、クリーブランドは少なくとも一機を自ら撃墜し、数機の破壊を支援した。テニアン島侵攻中の7月24日にクリーブランドは駆逐艦ノーマン・スコット("USS Norman Scott, DD-690") を支援する。ノーマン・スコットは敵砲台から数秒の内に6発の直撃弾を受ける。クリーブランドはノーマン・スコットと敵砲台の間に割って入り、それ以上の直撃弾を妨げた。9月12日から9月29日までクリーブランドはパラオ侵攻に参加し、10月5日にオーバーホールのためマヌス島を経由し本国に向かう。