Après son armement, le Baltimore part pour Hampton Roads le . Il se rend brièvement à l'académie navale des États-Unis à Annapolis le , puis mène des exercices au large des caps de Virginie deux jours plus tard. Il rejoint Norfolk pour un entretien du au 1er juillet, date à laquelle il part pour ses essais au large de la Trinité. Opérant depuis Port-d'Espagne, le croiseur s'entraîne au tir avant de regagner Hampton Roads le . Quatre jours plus tard, il rejoint Boston pour réparer quelques défauts de conceptions et corriger une fuite dans la tuyauterie hydraulique de la batterie principale. De retour à Norfolk au début de septembre, le Baltimore et le destroyer USS Sigourney rejoignent la côte ouest. Ils transitent par le canal de Panama le et atteignent San Diego le . Après des entraînements au large de la côte ouest du 9 au , le croiseur appareille de San Diego trois jours plus tard pour Pearl Harbor, qu'il atteint le après une brève escale à San Francisco[1].
Reprenant le combat en , il est affecté à la 3e flotte et participe aux attaques sur Luçon (14- et 6 au ), Formosa (3-4, 9, 15 et ), la côte chinoise (12 et ) et Okinawa ().
Le , il rejoint la 5e flotte pour ses dernières opérations de guerre : les attaques sur l'île d'Honshū (16-), la bataille d'Iwo Jima (-) et les ultimes raids de la flotte à l'appui de la bataille d'Okinawa (-).
À son retour d’Extrême-Orient, le Baltimore n'est pas sélectionné en vue d'une refonte en croiseur lance-missiles ; il est donc mis en réserve à Bremerton le , après seulement 6,75 années de service actif. Il est radié du Naval Vessel Registrer le , vendu le à la Zidell Companies de Portland, puis démoli en .