Am 9. Mai erreichte die "Cavalla" Pearl Harbor, unterlief dort eine kurze Instandsetzung und lief am 31. Mai in westlicher Richtung aus, in die Gewässer östlich der Philippinen. Auf dem Weg dorthin fasste sie am 17. Juni eine japanische Task Force auf und verfolgte sie mehrere Stunden. Dann setzte die "Cavalla" eine Kontaktmeldung ab und half damit, den Sieg in der Schlacht in der Philippinensee am 19. und 20. Juni zu sichern. Am 19. Juni entdeckte das Boot den japanischen Flugzeugträger "Shokaku", dessen Flugzeuge gerade landeten. Die "Cavalla" schoss sechs Torpedos ab, von denen drei trafen und das Schiff versenkten. Drei japanischen Zerstörern, die mit Wasserbomben antworteten, entkam das Boot.