Сразу же после занятия островов Джильберта последовал захват Маршалловых островов. «Индианаполис» снова стал флагманским кораблем 5-го флота. 31 января 1944 года он встретился с остальными кораблями соединения у Таравы, войдя в отряд тяжелых крейсеров, который подверг бомбардировке острова атолла Кваджелейн. В ходе этих бомбардировок «Индианаполис» привел к молчанию две береговые батареи противника, а также уничтожил несколько японских укрепленных пунктов. 4 февраля крейсер вошел в лагуну Кваджелейна и оставался там до полного прекращения японского сопротивления.
В течение марта и апреля 1944 года «Индианаполис», оставаясь флагманским кораблем 5-го флота, принимал участие в атаках на Западные Каролины. 30–31 марта самолеты с американских авианосцев нанесли удар по островам Палау, стремясь уничтожить японские транспорты, сосредоточенные в бухтах этих островов. Им удалось потопить 3 эсминца, 17 транспортов и танкеров, а также повредить еще 17 кораблей и судов. 31 марта был нанесен удар по островам Яп и Улити, а 1 апреля — по атоллу Волеай.
В течение этих трех дней японские самолеты несколько раз пытались атаковать корабли американского ударного соединения, но были отогнаны, не добившись никаких результатов. Зенитчикам «Индианапслиса» удалось сбить японский торпедоносец, а всего в этих боях противник потерял в воздухе и на земле 160 самолетов. Эти удары предотвратили все попытки японцев помешать, используя базы Западных Каролин, высадке американцев на Новой Гвинее.
В течение июня 1944 года 5-й флот принимал активное участие во вторжении на Марианские острова. 11 июня палубные самолеты нанесли воздушные удары по Сайпану, а с 13 июня к бомбардировке острова приступили надводные корабли, в числе которых находился и «Индианаполис». 15 июня, в день высадки на Сайпан американской морской пехоты, адмирал Спсрюэнс получил сообщение, что крупный флот противника, включавший линкоры, авианосцы, крейсера и эсминцы, двигается в южном направлении, имея своей целью деблокировать японские гарнизоны на осажденных Марианских островах. Поскольку главной задачей 5-го флота являлось прикрытие десантной операции на Сайпан, адмирал Спрюэнс не мог увести мощные соединения своих надводных кораблей слишком далеко от архипелага. Авианосцам было приказано встретить японский флот, а вместе с тем нанести удары по аэродромам противника на островах Иво-Дзима и Чичи-Дзима, а также на островах Бонин и Волкано, с которых исходила потенциальная угроза воздушного нападения.
19 июня противоборствующие флоты встретились в Филиппинском море. Японцы рассчитывали использовать для самолетов со своих авианосцев аэродромы на островах Тиниан и Гуам, где те могли заправиться горючим и перевооружиться, а затем нанести удар по американским кораблям, блокирующим острова. Они были встречены истребителями-перехватчиками, взлетевшими с американских авианосцев и шквальным зенитным огнем кораблей сопровождения.
В этот день японцы потеряли 402 самолета, а американцы — только 17. Крейсер «Индианаполис», который действовал в составе соединения, наносившего удары по японским авиабазам на островах Иво-Дзима и Чичи-Дзима, сбил зенитным огнем один торпедоносец противника. Захватив господство в воздухе, самолеты с американских авианосцев нанесли удар по отходящим кораблям японского флота, потопив два авианосца, два эсминца и один танкер противника, а также нанесли тяжелые повреждения другим кораблям.
23 июня «Индианаполис» вернулся к Сайпану, возобновив огневую поддержку сухопутных войск. Через 6 суток крейсер перешел к острову Тиниан, где начал бомбардировку береговых объектов противника. Между тем, десантные части захватили остров Гуам, и «Индианаполис» стал первым американским кораблем, пришедшим в порт Апра. Крейсер оперировал в водах Марианских островов в течение нескольким недель, а затем направился к Западным Каролинам, где планировались новые десантные операции.
С 12 по 29 сентября «Индианаполис» бомбардировал японские позиции на острове Пелелиу в группе островов Палау, а затем перешел к острову Манус в группе островов Адмиралтейства. Пробыв там 10 дней, крейсер направился к Западному побережью США для производства ремонта на верфи ВМС острова Мар.
Проходя ремонт, «Индианаполис» 14 февраля 1945 года вошел в состав соединения быстроходных авианосцев вице-адмирала Марка Митчера, Это самолеты Митчера за двое суток до этого нанесли первый воздушный удар по Токио со времен знаменитого рейда Дулиттла в апреле 1942 года. Действия авианосцев обеспечивали прикрытие при высадке американского десанта на остров Иво-Дзима, назначенного на 19 февраля, не давая возможности авиации противника помещать этой операции с авиабаз островов японской метрополии.