Der zweite Einsatz im September fand in der Philippinensee statt. Die "Cavalla" war dort Teil eines „Wolf Pack“, einer Gruppe von drei U-Booten, die im Gegensatz zu den deutschen „Wolfsrudeln“ permanent gemeinsam operierten, und half bei der Invasion von Peleliu. Ende des Jahres 1944 versenkte das Boot den japanischen Zerstörer "Shimotsuki" und entkam einem Schwesterschiff des Versenkten. Am 5. Januar 1945 griff die "Cavalla" einen Konvoi an und versenkte zwei Tender.