USS Petrof Bay (CVE-80)
Lịch sử hoạt động > Trận chiến vịnh Leyte

Bài chi tiết: Trận chiến vịnh Leyte
Vào ngày 14 tháng 10, Petrof Bay cùng Saginaw Bay khởi hành từ cảng Seeadler thuộc quần đảo Admiralty cho hành trình đi sang vịnh Leyte, chặng đầu tiên của công cuộc giải phóng Philippines. Hai chiếc tàu sân bay gia nhập cùng Đơn vị Đặc nhiệm 77.4.2 ("Taffy 2"), và nó đã thực hiện 40 phi vụ hỗ trợ cho ngày đổ bộ đầu tiên. Đêm hôm đó, nó được cho tách ra để gia nhập Đơn vị Đặc nhiệm 77.4.1 ("Taffy 1"), và chịu đựng những cuộc không kích của đối phương. Từ ngày 21 đến ngày 24 tháng 10, chiếc tàu sân bay hoạt động hỗ trợ trên không cho cuộc đổ bộ.
Vào ngày 24 tháng 10, các báo cáo tiếp xúc với lực lượng đối phương cho thấy phía Nhật Bản đang tập trung cho một cuộc phản công toàn diện, vốn sẽ đưa đến trận Hải chiến vịnh Leyte. Lực lượng các tàu sân bay hộ tống được phân chia theo các đơn vị đặc nhiệm: "Taffy 3" được bố trí về phía Đông Nam đảo Samar; "Taffy 2" xa hơn một chút về phía Nam bảo vệ lối ra vào vịnh Leyte, và "Taffy 1" bao gồm Petrof Bay về phía Đông Surigao.
Lực lượng Trung tâm Nhật Bản, vốn đã bị phát hiện trước đó và bị máy bay tấn công trong biển Sibuyan và được cho là đã quay mũi rút lui, lại băng qua eo biển San Bernardino dưới sự che chở của bóng đêm, và tiến thẳng về phía Nam đến lối ra vào phía Đông của vịnh Leyte. Lúc 06 giờ 47 phút, "Taffy 3" báo cáo họ bị các đơn vị hạng nặng của hạm đội Nhật Bản và máy bay đặt căn cứ trên đất liền tấn công. Petrof Bay tung ra hai đợt tấn công để tham gia cùng các cuộc không kích chống lại tàu chiến đối phương: bốn máy bay tiêm kích Grumman F4F Wildcat và sáu máy bay ném bom-ngư lôi Grumman TBF Avenger được phóng lên lúc 07 giờ 24 phút để hợp cùng bốn máy bay tiêm kích đã phóng trước đó lúc 05 giờ 52 phút, giờ đây được chuyển hướng để tấn công các tàu nổi Nhật Bản.
Lúc 07 giờ 29 phút, radar báo cáo sự xuất hiện của sáu máy bay tiêm kích Mitsubishi A6M Zero đối phương đang tiếp cận đội hình; con tàu chuyển sang trạng thái báo động trực chiến và duy trì như vậy trong 1 giờ 08 phút tiếp theo. Hỏa lực phòng không đã bắn rơi hai chiếc, nhưng một trong những chiếc sống sót đã đâm xuống sàn đáp tàu sân bay Santee (CVE-29), một chiếc khác đâm xuống Suwannee (CVE-27) trong khi một chiếc thứ ba suýt đâm trúng Sangamon (CVE-26). Một máy bay Yokosuka D4Y "Judy" sau đó bắn phá Petrof Bay và suýt đánh trúng nó với một quả bom, nhưng quả bom đã không kích nổ. Santee bị đánh trúng một quả ngư lôi vài phút sau đó.
Trong khi đó, máy bay của Petrof Bay đã tấn công tàu chiến đối phương trong khi "Taffy 3" đang bị tấn công. Những chiếc Wildcat đã càn quét bắn phá trong khi những chiếc Avenger phóng ngư lôi. Trong hai lượt tấn công, các phi công tự nhận có thể đã đánh trúng một phát vào thiết giáp hạm Yamato, có thể hai phát vào mỗi thiết giáp hạm Nagato và Kongō, và một phát vào một tàu tuần dương không rõ nhận dạng, cũng như đã bắn phá càn quét vào Yamato, tàu tuần dương và tàu khu trục đối phương. Những chiếc Wildcat không còn đủ nhiên liệu để quay trở lại Petrof Bay đã phải hạ cánh tại sân bay Tacloban, nơi họ chịu đựng những phát súng phòng không bắn nhầm; những chiếc Avenger còn sống sót đã hạ cánh trên chiếc Fanshaw Bay (CVE-70) của "Taffy 3" và Ommaney Bay (CVE-79) của "Taffy 2" với không đầy mười gallon nhiên liệu còn lại. Chỉ có một máy bay ném ngư lôi và hai máy bay tiêm kích quay trở lại Petrof Bay.
Petrof Bay tung ra đợt tấn công cuối cùng lúc 15 giờ 30 phút để truy tìm và tấn công hạm đội đối phương rút lui. Hợp cùng máy bay từ các tàu sân bay hộ tống khác, họ tiến thẳng đến eo biển San Bernardino, nơi họ phát hiện và tấn công một tàu tuần dương thuộc lớp Mogami, ghi được hai quả ngư lôi trúng đích và một cú có thể trúng. Những máy bay này cũng phải hạ cánh tại Tacloban khi họ không còn đủ nhiên liệu để quay trở về Petrof Bay.
Lúc 22 giờ 32 phút, một trong các tàu khu trục trong thành phần hộ tống dò được tín hiệu sonar, Petrof Bay lập tức chuyển hướng khẩn cấp để né tránh, và ngay sau đó hai quả ngư lôi đã đi sát con tàu, một quả cách 20 yd (18 m) bên mạn trái và quả kia bên dưới lườn tàu mạn phải. Tàu khu trục hộ tống Coolbaugh (DE-217) đã tấn công bằng mìn sâu và được tin là đã đánh chìm chiếc tàu ngầm đối phương. Sang ngày 26 tháng 10, những gì lực lượng Nhật Bản còn lại trong tầm hoạt động của nó là một tàu tuần dương hạng nhẹ và bốn tàu khu trục trong biển Visayas. Petrof Bay tung ra hai chiếc Avenger duy nhất con lại để tham gia cuộc tấn công. Một chiếc đã ném trúng một quả bom bán xuyên thép 500 pound (230 kg) và một quả khác suýt trúng vào chiếc tàu tuần dương, và bắn phá một tàu khu trục vốn đã bốc cháy và nổ tung sau đó.
Đến trưa, Suwanee chịu đựng thêm một máy bay cảm tử đối phương đâm trúng, và bốn máy bay Nhật Bản lại tấn công tự sát nhắm vào Petrof Bay từ phía đuôi. Chiếc thứ nhất nổ tung trên không sau khi trúng đạn pháo 5 inch (127 mm) từ hỏa lực phòng không của một tàu bạn. Chiếc thứ hai lượn sang mạn phải sau khi bị bắn cháy và rút lui. Chiếc thứ ba chui khuất vào mây rồi lại ló ra đâm bổ xuống nhưng trượt, đâm xuống nước và nổ tung cách cầu tàu 20 ft (6,1 m). Chiếc thứ tư hướng thẳng đến sàn tàu, bị hỏa lực phòng không bắn rụng cánh và đuôi trước khi rơi xuống phía đuôi tàu.
Trong đêm 28 tháng 10, Petrof Bay rút lui về khu vực tiếp nhiên liệu, rồi gia nhập trở lại "Taffy 2", Đội đặc nhiệm 77.2 và Đội đặc nhiệm 77.3, cùng các đơn vị này rút lui về đảo Manus. Nhân sự thuộc Liên đội Hỗn hợp VC-76 được thay phiên. Trong tám tháng chiến đấu, nó đã thực hiện 15.000 giờ bay mà không chịu tổn thất nhân mạng nào; các phi công được tặng thưởng mười bảy Huân chương Chữ thập Hải quân, và bản thân Đại tá Kane Hạm trưởng cũng được tặng thưởng huân chương này. Sau đó, trong thành phần Đơn vị Đặc nhiệm 77.4.5, con tàu lên đường vào ngày 19 tháng 11, đi đến những tuyến đường giao thông dẫn đến Leyte, đến nơi vào ngày 23 tháng 11.
Vào giữa tháng 1 năm 1945, Petrof Bay được cho tách khỏi Đội đặc nhiệm 77.3, và trình diện để phục vụ cùng Đội đặc nhiệm 77.4, có nhiệm vụ phong tỏa lực lượng Nhật Bản tại Manila. Nó hỗ trợ hỏa lực trực tiếp cho các cuộc đổ bộ tại khu vực San Narciso và San Antonio trong các ngày 29 và 30 tháng 1. Khi việc chinh phục Luzon tiến triển tốt đẹp, chiếc tàu sân bay rút lui về Ulithi.