Tra il novembre 1943 e l'aprile 1944 tornò in azione di scorta alla forza di portaerei veloci della marina, dando inoltre il proprio sostegno alle truppe sbarcate sull'atollo Kwajalein. In estate operò invece nel teatro settentrionale del fronte del Pacifico, quindi alla fine di ottobre fu coinvolto con la Terza Flotta nella battaglia del Golfo di Leyte. Nel 1945 il "Pensacola" conobbe un'intensa attività nelle squadre da bombardamento che martellarono Iwo Jima e Okinawa sia prima, sia durante gli assalti anfibi e i feroci scontri a terra, venendo danneggiato dalle batterie costiere. Dopo la fine della seconda guerra mondiale il 15 agosto 1945, il "Pensacola" riportò in patria gruppi di personale smobilitato; a luglio 1946 si trovava tra le navi bersaglio dell'operazione Crossroads, il test nucleare sull'atollo di Bikini, cui sopravvisse. Fu infine affondato il 10 novembre.