如前篇所述，自航空母艦誕生後，第一個被艦載機襲擊的倒黴蛋就是德國，從准航母“暴怒”號上起飛的戰鬥機襲擊了德國飛艇基地。不過在整個第一次世界大戰，由于航母和艦載機的發展還並不成熟，真正的戰鬥並不多見。到了第二次世界大戰，航空母艦才開始大顯身手，一舉取代了戰列艦，確立了自己縱橫海空的霸主地位。
二戰爆發前後，在歐洲方面一共有4個國家分別興建，操作或者是企圖改裝爲航母：德國、法國、意大利和英國。其中只有老牌海上霸主英國具有較大規模的航母艦隊與實際戰果。
也許有人奇怪，爲何英國的老對手德國在航母大戰中缺席？希特勒曾經制定了野心勃勃的“Z”計劃，原本設計要造4艘航母，而且其中的“齊柏林伯爵”號已下水。但大戰爆發後資源需求龐大，德國面臨著要 “巨獸”航母還是潛艇“狼群”的選擇，最終決策把造航母的錢省下來造潛艇，采取“狼群戰術”攻擊商船，去切斷英國海上貿易線。
戰爭初期英國在海上的戰線極其漫長，連龐大的皇家海軍也難以應付，此時航空母艦逐漸凸顯其作用。在意大利參戰後，英軍航母兵力也隨之分散到地中海與大西洋。在1940年11月突襲意大利塔蘭托港、1941年5月圍攻德國戰列艦俾斯麥號和1942年8月援救馬耳他島的“基座行動”中均有傑出的表現。
特別是突襲塔蘭托之戰中，英軍“光輝”號航母在夜間出動20多架劍魚式魚雷轟炸機，擊沉1艘、重創2艘意大利戰列艦，使意大利在一個晚上幾乎喪失一半的海軍實力。這是曆史上首次航空母艦艦載機對海軍艦只的進攻。
此次戰役組織堪稱完美，英軍飛行員的夜航素質給人留下深刻印象。唯一的缺憾是讓日本海軍的山本五十六從中受到啓發，成爲策劃偷襲珍珠港的靈感來源。
歐洲戰場中，由于僅有英國海軍擁有強大的航母兵力，僅有德意兩國的岸基飛機與其交手，在海上未逢敵手，最頭疼的是水下的德國潛艇，讓英國的海上命脈飽受損失。到二戰中期時，英美兩國大量建造了成本低廉的“護航航空母艦”，主要用飛機反潛，獵殺德軍潛艇，最終在大西洋交通戰中獲得了勝利。
在地球的另一邊，美軍與日軍都擁有強大的航母艦隊，在太平洋上爆發了海軍史上最激烈的海空對戰。
1941年12月7日，日本偷襲珍珠港，是曆史上首次大規模使用航母作戰。借鑒英軍夜襲塔蘭托的例子，日本聯合艦隊設計了偷襲美國珍珠港的行動。日軍共派出6艘航母、353架艦載機對港內的美軍艦隊施行轟炸，擊毀擊沉美軍太平洋艦隊包括2艘戰列艦在內的18艘水面艦艇。
美太平洋艦隊的3艘航母因不在港內逃過一劫，成爲後來反敗爲勝的關鍵。這次戰役正式終結了大艦巨炮主義，此後航空母艦將取代戰列艦成爲海戰中決定勝負的關鍵。
1942年初，日軍嘗到了珍珠港的甜頭，接連使用航空母艦與飛機對盟國發動海空打擊。在歐洲橫行的英國海軍，在東南亞被日軍打的一敗塗地。馬來亞海戰中，日軍出動陸基飛機擊沉英國戰列艦與戰列巡洋艦各1艘。
印度洋空襲行動中，日軍再度集中航母對英軍駐于錫蘭港內的艦隊施以空襲，擊沉未帶艦載機的老邁“競技神”號航母，將英國遠東海軍趕出了太平洋。
英國海軍原是日本海軍的老師，這次日軍以航母爲核心橫掃東南亞，堪稱徒弟打敗師傅，從此皇家海軍不複往日榮耀，大洋上的爭霸者換成了新興的日本和美國，開始在太平洋進行殊死搏鬥。
1942年5月爆發珊瑚海海戰，這是曆史上首次航空母艦之間的戰鬥。雙方的船艦都是在視距外，全憑艦載機進行攻擊與防禦。日美兩軍組織都很混亂，日軍飛機返航時把美國航母當做自己的航母降落，美國航母也以爲是自己飛機，看到上面有“紅膏藥”標志才開火，差點鬧出烏龍。
雖然美日各被擊沉、重創1艘航母，貌似打平，但美軍被重創的航母很快搶修完畢重返戰場。經曆這一戰，美國開始逐步扭轉海戰形勢。
1942年6月爆發中途島海戰，這是曆史上首次大規模航母會戰。美太平洋艦隊發動杜立特空襲，從航母起飛轟炸機成功轟炸東京，迫使山本五十六下決心尋找美艦隊決戰以消除對本土的威脅，而美海軍已提前破譯日軍密碼，在預定海域設下埋伏，再加上海戰中，日本航母更換彈藥贻誤戰機，在指揮上出現一系列致命失誤，因此在航母損失方面輸了個1：4。
美軍以少勝多，在航母作戰方面大獲成功。此戰是太平洋戰爭轉折點，之後日軍在太平洋發動攻勢的能力大爲減弱，開始被動挨打。
1942年8月，日本在瓜達爾卡納爾島爭奪戰以及南太平洋一系列作戰中損失大量海空兵力，日美兩軍攻守逆轉。美國強大的工業機器顯示出巨大優勢，全力投入戰爭生産，一批批新式航母像下餃子一樣下水服役、大量訓練有素的飛行員走上前線，而日軍有經驗的飛行人員與航母的損失均大于補充。
1944年6月爆發菲律賓海海戰，是曆史上最大的航母會戰。美日共投入24艘航母，最終美國僅付出76人陣亡、損失123架飛機、4艘軍艦輕傷的極小代價，擊沉日軍3艘航空母艦、2艘油輪及擊落600架飛機，日軍聯合艦隊航母主力包括飛機和飛行員受到毀滅性打擊。
海戰中，日軍從航母起飛128架零式戰鬥機攻擊美國艦隊，但這時日軍零式戰機已經很落後，速度火力都遠不及美軍F6F地獄貓戰鬥機，結果有超過70架被美軍擊落，釀成空中大屠殺。美軍飛行員說：這簡直像傳統的射火雞大賽一樣容易。所以這次空戰被稱爲“馬裏亞納獵火雞”。
戰鬥一直打到20時45分天黑，大批燃料即將耗盡的美機在夜色中回到艦隊上空。雖然美軍指揮官不惜冒著被日軍潛艇攻擊的危險，下令整個艦隊打開照明，航空母艦以探照燈直射天空，驅逐艦也發射照明彈。
但由于各機油料殆盡，加上200架飛機同時聯絡艦隊所造成的通訊混亂，許多飛行員無視于降落信號燈官的指令爭先恐後地撲向甲板，在混亂的夜間降落中，美軍損失80架戰機。諷刺的是，日本艦隊在白天代價慘重的攻擊，只使美軍損失43架飛機，還不及夜間降落對美軍的傷害。
1944年10月爆發萊特灣海戰，這是曆史上迄今最大海戰，也是最後一次航母對戰。在六天之內，日軍與美軍投入船艦總噸位超過200萬噸。此戰日軍大敗，航母與飛行員消耗殆盡，除了自殺式飛機外，沒有方法阻擋美軍向其本土進逼。
美國以航母爲核心的龐大艦隊不僅摧毀了日海軍，而且從海上全面封鎖了日本本土，進而促使日本最後的投降。
經曆了第二次世界大戰，航空母艦蓬勃發展，在海空作戰方式、艦載機發展和傷害管制方面皆有極大的突破，並于實戰中充分獲得使用經驗。美國海軍在這場人類曆史上空前的海空大戰中擊敗日本、超越英國，憑借強大的航母艦隊，從此耀武揚威，稱霸四海，縱橫于世界大洋之中。
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