Bitwa o Leyte „Honolulu” opuścił rejon wyspy Manus w archipelagu Wysp Admiralicji 12 października i popłynął w kierunku Filipin, by wziąć udział w inwazji na Leyte. Okręt rozpoczął bombardowanie artyleryjskie z zatoki Leyte 19 października, a następnego dnia rozpoczął osłanianie desantów. O godz. 16:00 20 października „Honolulu” został zaatakowany przez japoński samolot torpedowy, który zrzucił torpedę w jego kierunku. Pomimo umiejętnego manewrowania przez komandora Thurbera w celu uniknięcia trafienia torpeda trafiła krążownik.
„Honolulu” opuścił następnie rejon Leyte i dopłynął do Manus 29 października w celu dokonania pobieżnych napraw, a następnie skierował się do Norfolk w Wirginii 19 listopada, docierając 20 grudnia przez Pearl Harbor, San Diego i Kanał Panamski. „Honolulu” pozostał w Norfolk przez resztę wojny, będąc cały czas remontowany i w październiku 1945 roku popłynął do Newport na wyspie Rhode, gdzie został przemianowany na okręt treningowy. „Honolulu” dotarł do Filadelfii 8 stycznia 1946 roku i został tam wycofany ze służby 3 lutego 1947 roku, a następnie włączony do Floty Rezerwowej w Filadelfii.