Mindkét hajót időben megjavították, hogy részt vegyenek a következő nagy offenzívában, a Fülöp-szigeteki hadjáratban, amely a
Leyte inváziója 1944 októberében. Mindkét hajó támogatta a leszállást, ami a japánokat arra késztette, hogy elindítsák a Shō-Gō 1-es hadműveletet, egy jelentős tengeri ellenhatást, amely október 23-26-án a Leyte-öböl csatahoz vezetett. A "California" és a "Tennessee" az ellenadmirális Jesse B. Oldendorf parancsnoksága alatt álló bombázó csoport részeként részt vettek a komplex csata egyik komponensében, a Surigao-szoros akciójában október 24-25. éjjel. Ott a szövetséges flotta elpusztította a japán déli erőt, amely két régi csatahajóból, egy nehéz cirkálóból és négy rombolóból állt; csak egy japán romboló menekült meg a túlnyomó szövetséges flottától. A "California" és a "Tennessee" csak rövid ideig lőttek a harc során, mivel a parancsnokaik közötti kommunikációs hiba majdnem újabb ütközéshez vezetett, ami kilökte őket a lőhelyzetből. Mindazonáltal jelen voltak a történelem utolsó csatahajó harcában.