一九四一年，大日本帝國決定與英美荷三國開戰，日本帝國海軍設計了攻擊美國珍珠港的行動，這是首次大規模集中使用航艦武力的作戰，日軍共派出了六艘的航空母艦、三百五十三架的艦載機對珍珠港內的美軍艦隊施行了奇襲式的轟炸，最終美軍太平洋艦隊有十八艘水麵艦艇受到攻擊而重創。
雖然日本海軍航空兵在本次行動中表現了近乎完美的對艦攻擊，但是由於美軍港內並未停泊航艦，使得日軍雖然達成牽製美國太平洋艦隊的目標，但是未能重創美國海軍的航空兵力。
一九四二年初的日軍接連攻勢之中，航空母艦與飛機展現了強大的對艦打擊能力。馬來亞海戰中，英國兩艘戰艦與戰鬥巡洋艦在缺乏空中武力保護的情況之下出航，立刻被日軍八十八架的陸基飛機所擊沉，而日軍僅損失六架飛機。
在印度洋空襲行動中，日軍再度集中航艦對英軍駐於錫蘭港內的艦隊施以空襲，將英國海軍戰力從太平洋驅逐。
二次大戰時的美軍艾塞克斯級航空母艦戰鬥群，是航空母艦在二次大戰中蓬勃的發展，空中的力量成為了戰場的新主宰。
美軍憑借著航空母艦逐漸扭轉了日美兩國的海軍情勢，一九四二年五月，發生了首次航空母艦間的戰鬥—珊瑚海海戰，雙方的船艦皆在彼此艦員視距之外，全憑艦載機進行攻擊與防禦。
同年六月，中太平洋爆發的中途島海戰是航艦間首度的大規模會戰，由於日本航艦正在進行彈藥掛載作業，同時損害管製能力不足，因此大部分參與此戰役的日軍航艦在美軍轟炸機突襲之下被一舉擊沉，此後日軍於太平洋發動攻勢的能力即大為減弱。
一九四二年八月，日本再於南太平洋損失大量海軍飛行員，美軍在此期間爭取到將全國工業能力投入了戰爭的生產，一批批新式的航艦下水服役，大量訓練完的飛行員前線服役，而日軍在人員與航艦的損失則是大於補充，最後日軍航艦與飛行員消耗殆盡，除了自殺式飛機的攻擊之外，再也沒有方法阻擋美國海軍向它的本土進逼。
航空母艦基本是由一具船體上平直的甲板和位於一側島式艦橋所構成，甲板下設有廊式夾層，並有多個水密隔艙、機庫、武器庫和船員住艙，大型航艦的甲板甚至可以達到六層之多。
艦首則是采用封閉式設計，從飛行甲板到船頭皆一體成形，二戰時期的航空母艦除了少部份如列星頓級之外，大部分都是直接在甲板上再鋪上飛行甲板，這一種設計被稱為開放式的艦首，有著防空機槍位置設立和起放船錨方便的優點，但卻有著強度上設計的問題，像是艾塞克斯級的大黃蜂號就在一九四四年就因為台風而使艦首一帶的飛行甲板嚴重的損毀。