航空母舰在第二次世界大战中首度被广泛的运用，也彻底终结了战列舰为海上最强军舰的优势地位。 第一次世界大战结束后，1922年各海军强国签署的《华盛顿海军条约》严格控制了战列舰建造，但条约准许各缔约国利用部分停建的战舰改建航空母舰。例如，美国列克星敦级航空母舰、日本的“赤城”号航空母舰和“加贺”号航空母舰就是这一时期的产物。 在航空母舰上装备重型火炮是这一阶段航空母舰发展的特色。20世纪30年代英国建造的“皇家方舟”号航空母舰采用了全封闭式机库、一体化的岛式上层建筑、强力飞行甲板为式、液压式弹射器，被誉为“现代航母的原型”。1936年《华盛顿海军条约》期满失效，世界海军列强又展开新一轮军备竞赛。美国的约克城级航空母舰、日本的翔鹤级航空母舰、英国光辉级航空母舰是这一时期的杰作。 航空母舰在第二次世界大战中首度被广泛的运用。它是一座浮动式的小航空站，携带着战斗机以及轰炸机远离国土，来执行攻击敌人目标的任务。这使得航空母舰可以由空中来攻击陆地以及海上的目标，尤其是那些远超过一般射程之外的目标。由航空母舰上起飞飞机的战斗半径一直不断地在改变海军的战斗理论，敌对的舰队现在必须在看不到对方舰船的情况下，互相进行远距离的战斗，这彻底终结了战列舰为海上最强军舰的优势地位。

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2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1艘，击毁各种飞机464架。日本仅损失飞机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；并且，作战计划中忽略了两个关键打击目标即工厂和油库。这使得美军受创舰只可以有时间进行修理，其防御设施得到重建。

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；唯一可选择的是采用纯粹的航空母舰战术来反击日本。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。 可以说，在第二次世界大战中航空母舰在太平洋战场上起到了决定性作用，从日本海军航空母舰编队偷袭珍珠港，到双方舰队自始至终没有见面的珊瑚海海战，再到运用航空母舰编队进行海上决战的中途岛海战，从此航空母舰取代战列舰成为现代远洋舰队的主干。美国建造了大批埃塞克斯级航空母舰，组成庞大的航空母舰编队，成为海战的主角。战争期间廉价的小型护航航空母舰被大量建造，投入到反潜护航作战中。 核动力燃料更换一次可连续航行数十万海里使航空母舰具有了近乎无限的机动能力，在波斯湾、阿富汗和太平洋地区美国利用其核动力航母舰队维护它的种种利益。 第二次世界大战结束后出现的斜角飞行甲板、蒸汽弹射器、助降瞄准镜的设计，提高了舰载重型喷气式飞机的使用效率和安全性。