二次大战初期，美国官方对轴心国军事力量的增长，依然奉行不介入政策。1938 年 5 月，国会通过了海军扩建方案。根据这项法案，允许建造 4 万吨级的航空母舰。但是，美国海军批准建造的航空母舰仍为 2 万 7 千吨，总吨位限制在 17 万 5 千吨。美国海军部全体委员会为了抢时间，决定建造约克城级同型舰，一方面继续进行新级航空母舰的设计。这艘舰就是“大黄蜂”号，是在“企业”号服役 5 天后批准建造的。它于 1939 年 9 月动工。抢时间建造“大黄蜂”号是明智的，这不仅为对日作战及时提供了另一艘快速航空母舰，也使修造局有时间来准备新设计，把航空母舰的建造技术提高到前所未有的高度。
CV8 大黄蜂号
美国海军最终决定建造大型航空母舰。这一决定对历史进程的影响，比起 30 年代所做的任何其它决定的影响都大。海军部全体委员会的基本要求是提高载机量，还要求速度快，防护性好。结果，新型航空母舰的设计，排水量从 CV9A 的 20,400 吨一下提高到 CVI9E、CVI9F 的 25,000 吨和 26,000 吨。CV9 的最终设计为 27,100 吨。1940 年夏天，国会通过了《舰队扩大百分之十法案》和《两洋海军法案》，废除了以前的法定限制。前一个法案批准建造 3 艘 27,100 吨级航空母舰，后一个法案批准追加建造 8 艘。根据这项设计建造的航空母舰，成了最终打垮日本的有力武器，虽说它们在两年之后才竣工。
在第二次世界大战期间，航空母舰的突击能力是作为袭击港湾基地中的作战舰艇而显示出来的。在太平洋海区，明显的战例就是珍珠港事件。1941 年，日本为了钳制美国海军太平洋舰队，以便取得战区制海权，保障日本军队能争取时间顺利地侵入马来半岛、菲律宾群岛和荷属东印度的东部，就决定袭击珍珠港。日本联合舰队司令官山本五十六海军大将亲自拟定作战计划。由南云忠一海军中将指挥的这支航空母舰特混舰队由 20 艘舰只组成（其中航空母舰 6 艘），有舰载机 360 架，于同年 12 月 7 日檀香山时间 7 时 49 分袭击了珍珠港。日海军舰载机分两个波次对珍珠港进行约两个小时的轰炸，共击沉舰艇 8 艘（战列舰和巡洋舰各 4 艘），击伤舰艇 11 艘，另外击沉油船一艘，击毁各种飞机 464 架。自己仅损失飞机 29 架。由于日本人得到的情报不够准确，“企业”号和“列克星敦”号航空母舰没有在珍珠港遭劫。再者，日本人在作战计划中忽略了两个关键打击目标即工厂和油库。这样，美军受创舰只可以修理，防御设施可以重建。
珍珠港事件是美国航空母舰作战史上的里程碑。战列舰部队已经不存在，不可能采用战列舰战术了；唯一选择的是，采用纯粹的航空母舰战术来进攻日本人。此后，美国海军尽管没有正式颁发文件，实际却已经放弃用战列舰来作为舰队主力，改而组编航空母舰特混舰队，重视已有相当经验的海军航空兵。
在二次大战中，航空母舰的突击能力更显示在航空母舰编队的相互之间的对抗上。主要战斗行动都是在双方航空母舰编队之间进行的海战，那就是珊瑚海海战以及随后爆发的使太平洋战局发生转折的中途岛海战。1942 年 5 月 7-8 日，美日双方的航空母舰特混舰队在澳大利亚东北面的珊瑚海上，进行了仅仅是航空母舰之间的一场海上战斗。7 日上午，日海军舰载机在搜索过程中，把美军的“涅骚”号油船和“西姆斯”号驱逐舰误认为是包括一艘航空母舰的特混编队。于是从“瑞鹤”号和“翔鹤”号上立即起飞轰炸机、鱼雷机和战斗机 78 架的全部攻击兵力。可是，随后的舰载侦察机的搜索报告证实了最初的情报有误，但此时要改变攻击目标已经来不及了。其结果是虽然炸沉了“涅骚”号油船和“西姆斯”号驱逐舰，但却错过了对美航空母舰攻击的战机。就在上午 11 时许，美方舰载机发现了日近距离掩护编队中的轻型航空母舰“祥凤”号，于是“约克城”号和“列克星敦”号起飞了近百架飞机，他们突破“祥凤”号的“中岛”型歼击机的拦截，对“祥凤”号实施了攻击，顷刻间，使它命中 13 枚炸弹和 8 条鱼雷，从舰首到舰尾燃起大火，15 分钟后就沉没了。
第 2 天上午，美舰载侦察机中队于 8 时 22 分在离其航空母舰 190 多海里处发现日本的航空母舰编队，两分钟后，“列克星敦”号航空母舰截获到日本侦察机发出的搜索到美方航空母舰编队的无线电报，日美双方几乎是同时侦察到对方。于是历史上第一次航空母舰之间的海战开始了。日、美双方都采取了先发制人的手段，各自出动航空母舰上的全部攻击兵力，日方起飞了鱼雷机和轰炸机共 70 架，美方起飞了鱼雷机和轰炸机共 67 架，并起飞了 15 架歼击机进行空中掩护。美舰载机不是在距目标 20 海里的接近路上就是在对方航空母舰上空遭到猛烈的拦截，展开了激烈的空中交手战。10 时 57 分，“列克星敦”号对“翔鹤”号进行攻击，一分钟后“约克城”号也对其发起攻击，该舰直接命中 3 枚炸弹而受伤。“瑞鹤”号见美方飞机来势很猛，就驶入临近的暴风雨区以摆脱攻击。另一方面，11 时 20 分，日本鱼雷机和轰炸机几乎是同时地从“列克星敦”号两舷进行攻击。“列克星敦”号中了 5 枚炸弹，左航又中了两条鱼雷，3 颗近弹所掀起的水柱淹没了飞行甲板，整个攻击只持续了 9 分钟。舰上损管队很快扑灭了火源，并抽掉水柜中的水，以消除鱼雷爆炸所产生的产倾斜，使该舰又可全速航行。正当舰上回收飞机，进行加油、补充弹药，准备再战之际，于 12 时 47 分“列克星敦”号舰底突然发生剧烈爆炸，飞行甲板的升降口随即冒出浓烟。这是航空油舱被鱼雷击中后，舱内的汽油流进邻近舱室，汽油挥发逐渐聚集在一起而引发剧烈爆炸，最后于傍晚时沉没。在“列克星敦”号遭到攻击的同时，“约克城”号航空母舰也受到日本鱼雷和轰炸机的攻击，但该舰顺利地规避了鱼雷，只中了一颗重磅炸弹。炸弹穿透飞行甲板，在下面的储藏室内爆炸了，除有 37 人死亡外，没有造成其它损伤。第一波飞机攻击后，双方航空母舰都后撤，脱离接触。当日方再想进行第二波攻击扩大战果时，但为时已晚而失去战机。
列克星敦号的最后一幕
珊瑚海海战中，日方总共损失轻型航空母舰“祥凤”号、驱逐舰一股和 3 艘小艇，航空母舰”翔鹤”号受伤；未能实现侵占莫尔兹比港，使其从海上扩大南部占领区的企图受挫；美方损失总计有：航空母舰“列克星敦”号、油船“涅骚”号和驱逐舰“西姆斯”号沉没，航空母舰“约克城”号受伤。“约克城”号返
回珍珠港后，经过两昼夜的抢修，就又能出海执行战斗任务了。珊瑚海海战标志郎本海军航空兵作战达到了顶峰，这是日本人在整整 5 个月以前偷袭珍珠港开始的一连串胜利中的最后一次胜利。而美军则在战略上取得了重大胜利。
中途岛海战是继珊瑚海战役后，日、美双方航空母舰进行的一次大决战。在太平洋战争开始后的头 5 个月里，日军夺取了马来亚、缅甸、新加坡、菲律宾、印度尼西亚的主要岛屿、新几内亚的一部、新不列颠和所罗门群岛以及香港等地。至此日本为了夺取油源和橡胶等丰富的战略自然资源的第一阶段的战略行动就告完成。但是，山本海军大将以及整个日本海军都认为，他们的首要使命是歼灭美国的航空母舰。山本认为，中途岛这个弹丸之地是整个作战计划的关键。日本人一旦控制了中途岛，就等于在以珍珠港为顶点，以美国西海岸为底边的美国防御三角区上插进一个楔子。山本认为，这一行动肯定会诱使美国人出击，来保卫中途岛。迄今为止，虽然美国航空母舰取得的战果甚微，但很明显，如果不干掉他们，接踵而来的只能是灾难。
1942 年 5 月 26 日到 29 日，日海军联合舰队兵分三路从本洲北部的大凑港、本洲广岛湾的柱岛锚地和塞班岛。关岛出发。赴中途岛的战斗部队大都从技岛锚地出航，舰艇行动非常隐蔽，无线电保持静默，以企图在战术上能够做到出其不意，使美方舰队待中途岛遭到袭击后才能做出反映，从而达到吸引美太平洋舰队驶出珍珠港后，逼其在不利的情况下进行决战，而一举将其摧毁。
6 月 3 日 8 时，日本主力部队航行到中途岛西北约 900 海里处，主力部队中的警卫部队离开主力部队向阿留申群岛方向行驶，以掩护进攻该岛的战斗。9 时，由田中少将指挥的 12 艘两栖登陆部队的运输舰及其护卫舰艇已前出到中途岛西南 500 海里处，即被美海军巡逻机发现。6 月 4 日晨，日海军进击部队就要向中途岛进行空袭时，南云中将与其参谋人员还不知道他们的运输舰群已于昨日被美军发现并遭到了攻击。4 时 30 分，从进击部队的 4 艘航空母舰上共同组成的第一攻击波共 108 架飞机开始起飞，15 分钟后就起飞完毕。在 6 时 45 分距中途岛不到 30 海里处，遭到美
方飞机拦截，第一攻击波飞机起飞后，4 艘航空母舰上紧接着都忙于准备第二攻击波的飞机，以便用来进攻美特混编队。由于中途岛上的飞机都已升空，地面部队也都处于临战状态，使日方空袭未能见效。第一攻击波便在返航之际发出电报，除报告情况外，并建议有必要进行第二次攻击。7 时 15 分，南云见到电报后，就下令第二攻击被准备向中途岛攻击。这样，“赤诚”号和“加贺”号上鱼雷机就得卸去鱼雷改装炸弹。于是，已经在甲板上的鱼雷机又被回收到机库。正当人们紧张地进行卸鱼雷装炸弹之际，进击部队的搜索机在中途岛方位 10? 距离 240 海里处，发现美方 10 艘军舰，航向 150?，航速 20 节，此时是 7 时 28 分。在 8 时 20 分搜索机又进一步查明该编队中有一艘航空母舰，双方距离约为 200 海里。这时进击部队中担任掩护第二攻击波的战斗机随即升空，以加强其空中的战斗巡逻。8 时 30 分第一攻击波飞机返回，准备着舰。而早已准备就绪停在“飞龙”号和“苍龙”号飞行甲板上的 36 架轰炸机还处于待命出击的状态，不便着舰。此时南云命令先收回飞机核准备好后再出击。当各航空母舰都在整理甲板准备收回飞机之际，在“赤城”号和“加贺”号上已经很疲乏的地勤人员又把鱼雷机回收到机库去；到 9 时 18 分才将第一攻击波和第二攻击波的战斗机全部收回。最后确定在 10 时 30 分起飞 102 架飞机，对美特混舰队进行攻击。另一方面。8 时 30 分，美特混舰队中的航空母舰“企业”号、“大黄蜂”号和“约克城”号先后派出飞机攻击日本进击部队。此时双方距离 200 海里，超过鱼雷机的作战半径，但美特混舰队为了争取主动，仍冒险采取超远距离的长途奔袭。当“企业”号和“大黄蜂”号的舰载机到达指定阵位时，海面上发现不了任何目标，于是各飞行中队就各自分散搜索，但大多数飞机由于没有搜索到目标只好返航。“大黄蜂”号上的第 8 鱼雷机中队的 15 架飞机，在 9 时 20 分搜索到日方的 4 艘航空母舰。此时，他们已无法获得战斗机的掩护和轰炸机的配合，只好单独向“赤诚”号发起攻击，但在接近路上遭到日方近 50 架飞机的拦截，结果全部被击毁。10 分钟后，“企业”号的第 6 鱼雷机中队的 14 架飞机，接着“约克城”号的第 3 鱼雷机中队的 12 架飞机都发现了目标。各自发起攻击，但都遭到日机的拦截，只有第 3 中队的 5 架鱼雷机最后向“飞龙”号投掷了鱼雷，但无一命中。两个中队只有 8 架飞机返回。就在 10 时 24 分，日方 4 艘航空母舰上的飞机都已发动引擎，舰只转向顶风，就在起飞攻击的关键时刻，“企业”号和“约克城”号的轰炸机中队到达目标上空。这两个中队完全出于偶然，各自选定不同的目标进行俯冲攻击，他们从 5,000 多米的高空几乎垂直地俯冲到 700 多米处进行投弹，没有遇到日方飞机的拦截。此时，日方战斗机仍在低空准备拦截对方的鱼雷机。结果“约克城”号的两枚炸弹命中“赤城”号， “企业”号飞机的 4 枚炸弹命中“加贸”号，另外 3 枚炸弹命中“苍龙”号，3 艘舰都爆炸起火，并引起附近飞机、炸弹、油箱等的连锁爆炸。最后，这 3 艘航空母舰都先后沉没了。
现在，日海军进击部队只剩下一艘“飞龙”号航空母舰，他于 10 时 40 分起飞轰炸机 18 架在 6 架战斗机的掩护下发起攻击。飞行途中，他们发现返航的美方舰载机就尾随飞行，但在接近路上遭到对方战斗机的拦截，最后只剩下 8 架轰炸机于 12 时许向 “约克城”号俯冲投弹，该舰命中 3 枚炸弹，经过损管，于 14 时许又可以以 19 节航速继续航行。12 时 50 分，“飞龙”号又起飞 10 架鱼雷机，在 6 架战斗机的掩护下飞向目标，在接近路上同样遭到美方战斗机的拦截，最后只剩下 5 架飞机于 14 时 40 分又向 “约克城”号发射了鱼雷，有两条鱼雷命中，使该舰产生 23? 倾斜。20 分钟后，舰员离舰，但该舰一直在海上漂浮着。到了 6 日 13 时半，日本潜艇向其发射了鱼雷，该舰于次日晨 5 时沉没。
沉没中的约克城号
正当“飞龙”号的鱼雷机攻击完毕返航之际，美特混舰队发现“飞龙”号就在其西北 72 海里处，于是“企业”号和“大黄蜂”号就派出轰炸机、战斗机，于 17 时 3 分到达该舰上空，此时， “飞龙”号上空只有 6 架战斗机进行掩护。“企业”号的轰炸机较容易地进行了轰炸，使“飞龙”号命中 4 枚炸弹，于第二天 5 时沉没。至此，美方取得了全歼日 4 艘航空母舰的战果，也使日本进攻中途岛的企图未能得逞。
日本由于 4 艘航空母舰的沉没而遭致中途岛海战的失败，中途岛海战的失败又成为太平洋战争的转折点。在此役后，美海军以航空母舰为主力的作战方式就逐渐形成了。其后还发生了两次名符其实的航空母舰之间的战斗。一次是 1942 年 8 月 24 日东所罗门海战，另一次是同年 10 月 26 日圣克鲁斯海战。
美海军为了适应太平洋战区的需要，在 1943 年 6 月把新建成的第一艘爱塞克斯级航空母舰编入太平洋舰队战斗序列。7 月又把另一艘改装成的“独立”型轻型航空母舰也编入太平洋舰队战斗序列里来。从此以后，大约每月都有一艘新航空母舰投入战斗。到大战结束时，共建造 16 艘爱塞克斯级和 9 艘“独立”型航空母舰，此外还建造了 53 艘护航航空母舰。美海军针对中途岛战役中日本航空母舰由于收回飞机与起飞攻击之间所产生的矛盾，致使航空母舰暂时失去战斗能力的经验教训，从爱塞克斯级中的 “安提坦”号开始有设了斜角甲板。这样，飞机的起飞和降落就可在航空母舰上同时进行，互不妨碍，从而提高了航空母舰飞行甲板的战斗利用率，能更有效地发挥出航空母舰的实际作战能力。
由于航空母舰成为海战中的主力，每次大的海战都要有航空母舰参加，因而需要大量补充舰载机飞行人员。在战时成批生产飞机还比较容易，但要短时间内培养出大批飞行人员就比较难。另外，无论飞机怎样先进，如果没有受过良好飞行训练的飞行人员驾驶，也很难显示出航空母舰的实际作战能力。美海军在这方面有所预见，早在 1940 年就开始执行每年保证培养 3 万飞行员的计划，而且都是经过一年半以上的战斗训练。他们用招募的办法培养了第一流的飞行员。招募范围很广，有大批受过教育的人志愿报名参加，可以毫不困难地挑选体格和智力都合格的人员。除战前就有的佛罗里达州彭萨科拉飞行学校外，在佛罗里达州的杰克逊维尔和得克萨斯州的科珀斯克里斯蒂，又新建了两所飞行学校。到 1943 年，大约有 4 万 5 千人接受了飞行训练。
1941 年每月只招收 200 名飞行学员。从 1942 年开始，飞行学员的递增速度几乎令人难以置信。训练期间没有发生任何重大事故，学员质量符合要求。首先，92 所飞行学校对学员进行 3 个月的基础训练，学习基本飞行知识，再接受 3 个月的航海训练，包括操作和理论学习。尔后学员被分配到 16 所初级航校接受飞行训练，如果训练合格便被派往彭萨科拉或科珀斯克里斯蒂进行中级飞行训练。在这个阶段，年青的飞行学员才有机会上舰载机，如巡逻侦察机或观察机。每处训练中心设 6 个辅助训练站，而每个辅助训练站都有自己的卫星机场。
操作训练在杰克逊维尔进行。训练两个月后，将要在航空母舰上服役的飞行员到伊利诺斯州格伦威福进行飞行甲板降落训练。美国海军用两艘非在编的航空母舰进行这种训练。冬季，当密执安湖结冰时，飞行学员需要到太平洋，在西海岸一艘航空母舰上进行航空母舰舰载降落资格的测验。每个飞行员的累计飞行时间要达到 360 小时到 450 小时，这种飞行训练制度的实际效果取决于高水平的教育。从基本训练开始，由有经验的航空母舰飞行员任教，操作训练通常由有过战斗飞行阅历的人来教。
舰种代号： CV 航母； CVA 攻击航母； CVS 反潜航母； CVB 大型航母；
CVL 轻型航母； CVE 护航航母； IX 辅助舰
舰队航母
列克星敦级： CV-2列克星敦、CV-3萨拉托加、
突击者级： CV-4突击者
约克城级： CV-5约克城、CV-6企业、CV-8大黄蜂
黄蜂级： CV-7黄蜂
埃塞克斯级： CV-9埃塞克斯、CV-10约克城（II）、CV-11勇猛、CV-12大黄蜂（II）、
CV-13富兰克林、CV-15伦道夫、CV-16列克星敦（II）
CV-17邦克山、CV-18黄蜂（II）、CV-20本宁顿、CV-31理查德
埃塞克斯级（加长型）：CV-14提康德罗加、CV-19汉考克、CV-21拳师、CV-32莱特湾、
CV-33凯尔萨奇、CV-34奥里斯坎尼、CV-35报仇
CV-36安提坦、CV-37普林斯顿、CV-38香格里拉、CV-39尚普兰湖、CV-40塔拉瓦、 CV-45福吉谷、CV-46硫磺岛、CV-47菲律宾海、
中途岛级： CVB-41中途岛、CVB-42富兰克林·罗斯福、CVB-43珊瑚海
轻型航母
独立级： CVL-22独立、CVL-23普林斯顿、CVL-24贝劳伍德、CVL-25考本斯、CVL-26蒙特利、 CVL-27兰利（II）、CVL-28卡伯特、CVL-29巴丹、CVL-30圣哈辛托
塞班级： CVL-48塞班、CVL-49莱特
护航航母
长岛级： CVE-1长岛
改长岛级： BAVG-1（未命名）、BAVG-2（未命名）、BAVG-3（未命名）、BAVG-4（未命名）、 BAVG-5（未命名）
博格级： CVE-6阿尔塔马哈、CVE-7巴恩斯、CVE-8布洛克岛、CVE-9博格、CVE-10布雷顿、 CVE-11卡德、CVE-12科帕西、CVE-13科尔、CV-14科罗坦、CVE-15哈姆林、
CVE-16拿骚、CVE-17圣乔治、CVE-18阿尔塔马哈、CVE-19威廉亲王
CVE-20巴恩斯、CVE-21布洛克岛、CVE-22（未命名）、CVE-23布雷顿、
CVE-24（未命名）、CVE-25科罗坦、CVE-31威廉亲王、CVE-32查塔姆、
CVE-33冰河、CVE-34皮布斯、CVE-35巴芬岛、CVE-36博利纳斯、CVE-37巴斯蒂安、 CVE-38卡内基、CVE-39科尔多瓦、CVE-40德尔加达、CVE-41埃迪斯托、
CVE-42埃斯特罗、CVE-43牙买加、CVE-44基威诺、CVE-45王子、CVE-46丑角、
CVE-47派迪多、CVE-48夕阳、CVE-49圣安德鲁、CVE-50圣约瑟、
CVE-51圣西门、CVE-52弗米利恩、CVE-53乌伊拉帕、CVE-54温杰哈
桑加蒙级： CVE-26桑加蒙、CVE-27苏旺尼、CVE-28切男戈、CVE-29桑提
袭击者级： CVE-30袭击者
卡萨布兰卡级：CVE-55卡萨布兰卡、CVE-56利斯康姆湾、CVE-57安齐奥、CVE-58科雷吉多尔、
CVE-59米森湾、CVE-60瓜达尔卡纳尔、CVE-61马尼拉湾、CVE-62纳托马湾、
CVE-63圣洛、CVE-64的黎波里、CVE-65威克岛、CVE-66白平原、CVE-67所罗门、 CVE-68加里宁湾、CVE-69卡桑湾、CVE-70方肖湾、CVE-71基特昆湾、
CVE-72图拉吉、CVE-73甘比尔湾、CVE-74奈汉塔湾、CVE-75霍加特湾、
CVE-76卡达珊湾、CVE-77马尔库斯岛、CVE-78萨沃岛、CVE-79奥曼尼湾、
CVE-80彼得罗夫湾、CVE-81鲁戴尔德湾、CVE-82萨吉诺湾、CVE-83萨金特湾、
CVE-84沙姆罗克湾、CVE-85希普利湾、CVE-86锡特克湾、CVE-87斯蒂马尔湾、
CVE-88埃斯佩兰斯角、CVE-89塔坎尼斯湾、CVE-90戴提斯湾、CVE-91望加锡湾、 CVE-92温丹湾、CV-93马金岛、CVE-94隆加角、CVE-95俾斯麦海、
CVE-96萨拉莫阿、CVE-97荷兰迪亚、CVE-98夸贾林、CVE-99阿德默勒尔蒂群岛、
CVE-100布干维尔、CVE-101马塔尼考、CVE-102阿图、CVE-103罗伊、
CVE-104蒙达
科芒斯曼特湾级：CVE-105科芒斯曼特湾、CVE-106布洛克岛、CVE-107吉尔伯特群岛、
CVE-108库拉湾、CVE-109格洛斯特角、CVE-110萨勒诺湾、CVE-111韦拉湾、
CVE-112锡博内、CVE-113普吉特湾、CVE-114伦多瓦、CVE-115贝罗科、
CVE-116巴东海峡、CVE-117赛多尔、CVE-118西西里、CVE-119克鲁斯角、
CVE-120民都洛、CVE-121拉包尔、CVE-122帕劳、CVE-123提尼安
内湖训练航母： IX-81黑貂、IX-64狼獾
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