南太平洋海戦の後、日本軍は「ガダルカナル島のアメリカ軍は衰微しつつあり、今こそ島から追い落とす好機」と判断し、11月中旬に大規模な増援部隊の投入を計画した。これを察知した南太平洋部隊司令官ウィリアム・ハルゼー中将は、投入可能な全ての部隊と艦船をガダルカナル島に投入することとした。サンディエゴはノーザンプトンや駆逐艦とともに、第二次ソロモン海戦での損傷復旧を急ピッチで終わらせた空母エンタープライズ ("USS Enterprise, CV-6") を基幹とする第16任務部隊を編成し、トーマス・C・キンケイド少将に率いられることとなった。11月12日遅くから11月15日にかけて繰り広げられた第三次ソロモン海戦では、第16任務部隊は空中援護に専念し、海戦で損傷した戦艦比叡に更なる打撃を与えた。ソロモン方面の戦闘が日本軍の相次ぐ後退という形で一息ついた後、サンディエゴはエスピリトゥサント島を経由してニュージーランドのオークランドに帰投した。