Okręt został przydzielony do Task Force 57 (TF 57) i w jego składzie wziął udział w bitwie o Saipan (14 czerwca - 4 sierpnia 1944), bitwie na Morzu Filipińskim (19-20 czerwca), bitwie o Tinian (20 lipca - 1 sierpnia), bitwie o Guam (21 lipca), rajdach na Filipiny (9-24 września). Następnie służył w TF 38 w czasie rajdu na Okinawę (10 października), rajdów na północny Luzon i Formozę (Tajwan) (15 października i 18-19 października) oraz w bitwie w zatoce Leyte. W czasie tej ostatniej bardzo ucierpiał od eksplozji na pokładzie lotniskowca USS „Princeton”, któremu krążownik starał się pomagać m.in. w gaszeniu pożaru. „Birmingham” wrócił do Mare Island Navy Yard na remont, który trwał od listopada 1944 do stycznia 1945.
Po ponownym dołączeniu do Floty Pacyfiku krążownik uczestniczył w bitwie o Iwo Jimie (4-5 marca 1945) i bitwie o Okinawę (25 marca-5 maja). 4 maja po odparciu trzech ataków został ciężko uszkodzony po raz trzeci, gdy japoński samolot-kamikaze trafił w dziób okrętu. Wrócił do Pearl Harbor i przeszedł naprawy pomiędzy 28 maja a 1 sierpnia 1945.