在第一次世界大战时，虽然有航空母舰的影子，但它并不是很具有影响力的。1940年11月11日，航空母舰在战争中初建功勋。英国海军的“光辉”号航空母舰出动鱼雷轰炸机击沉、击毁了塔兰托港内的3艘意大利战列舰，一时之间，“光辉”号声誉鹊起。
在第二次世界大战中，航空母舰在太平洋战争战场上大显身手，起到了关键的作用。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角。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、制造周期短的小型护航航空母舰被大量建造，并投入到反潜护航作战中。在第二次世界大战时，航母成为海军各种舰艇中的绝对中坚力量。
1941年，美国对在亚洲疯狂扩张的日本进行了严厉制裁，其中最重要的一项便是冻结了对日本的经济贸易，尤其是对日本的石油进口贸易给予了全面封锁。这些措施，对于急于对外扩张进行侵略战争同时战略物资严重依赖进口的日本而言，无疑是最致命的打击。为了冲破美国的经济封锁，打开对南亚进行扩张的道路，以山本五十六为首的日本法西斯头子决定对珍珠港进行偷袭。11月26日，一支由6艘航空母舰为主力的日本海军舰队，在海军中将南云忠一的指挥下，离开日本开往珍珠港。途中，舰队保持彻底的无线电静默。这艘舰队除了这6艘航空母舰外，还包括两艘战列舰、3艘巡洋舰、9艘驱逐舰和3艘潜艇。12月8日早晨，该舰队出动飞机轰炸了瓦胡岛上所有的美军机场和许多在珍珠港内停泊的舰艇，包括战列舰。地面上几乎所有飞机都被摧毁，只有少数飞机得以起飞和还击。整个事件中，美国共有12艘战列舰和其他舰船被击沉或损坏，188架飞机被摧毁，155架飞机被破坏，2403名美国人遇难，这就是第二次世界大战中著名的珍珠港事件。
以“赤城”号航母为旗舰的日本联合机动部队，对美国太平洋舰队主力所在的珍珠港港口进行了偷袭。这次偷袭，使美国太平洋舰队主力战舰非沉即伤。但是，美军的“大黄蜂”、“约克城”和“企业”号3艘航母却有幸逃过此劫，美军只能以这3艘航母为主力的劣势兵力对抗日本联合舰队。
珍珠港事件使美国政府认识到航母的重要性，于是美国政府决定建造大量的航母。1940年6月，在罗斯福总统的大力支持下，美国国会批准了美国海军史上著名的“两洋海军法案”，并决定拨款建造11艘新型航母。新型航母当时定为“埃塞克斯”级，两周后，美国国会和政府立即做出了加速建造“埃塞克斯”级的决定，并将原来的11艘改为32艘。在这些航母被建造的过程中，“约克城”号与日本联合舰队的“翔鹤”号和“瑞鹤”号于1942年5月8日，在珊瑚海进行了世界上首次航母大战，“约克城”号中了3枚炸弹、2枚鱼雷，双方航母都互有损伤。这时，美军高效率的抢修发挥了至关重要的作用，经过3天不间断的修理，5月30日，“约克城”号再次驶离珍珠港，它与“企业”号、“大黄蜂”号一起执行后来成为太平洋战争转折点的中途岛海战的任务。1943年，埃塞克斯级正式投入战斗，与“企业”号、“萨拉托加”号以及“独立”级9艘轻型航母开始向日本军队进行反击。很快，“埃塞克斯”级航空母舰便以其优秀的性能和强大的作战能力占据了对日作战的上风。1944年，美军14艘航母与日军几乎所有的9艘航母在马里亚纳海大战，美军埃塞克斯级强大得难以撼动的防空能力，使日军舰载航空兵遭到毁灭性打击，日军1艘航母被击沉，多艘被击伤。其中，“埃塞克斯”级的多项战果中，最令人难忘的还是击沉日舰“大和”号。“大和”号作为世界上最大的战列舰，不仅是日本海军联合舰队的旗舰，更是日本海军的象征。1945年4月，冲绳岛战役开始，“埃塞克斯”级上的386架各型战机对“大和”号进攻，“大和”号身中数十枚炸弹和鱼雷，很快沉没。“大和”号的沉没彻底宣告战略舰时代的终结，而埃塞克斯级在战列舰谢幕退场过程中，很自然地充当了“终结者”的角色。
“二战”爆发后，美国海军面临两洋作战的难题。一方面，由于北美大陆至英国的海上航线受到德国U型潜艇的严重威胁，迫切需要大量的护航舰艇；另一方面，在太平洋上日本海军表现出咄咄逼人的态势，并且日本护航航母力量已经明显超过美国。由于建造标准的舰队型航空母舰，从设计到完成、投入使用需要很长时间，为了解燃眉之急，建造和改装护航航母、轻型航母便成为势在必行的应急措施。于是，“卡萨布兰卡”级护航航母便诞生了。“卡萨布兰卡级”护航航母是在博格级护航航母的基础上改进而来的，它的排水量仅达1万吨左右，但数量达50艘之多。1944年10月，美日双方在莱特岛进行大战。日本孤注一掷，几乎投入了全部作战力量，包括6艘航母、7艘战略舰、19艘巡洋舰、33艘驱逐舰和600余架飞机。美军强大的第三舰队被日本的4艘航母引开，只有第七舰队的6艘卡萨布兰卡级护航航母和少数的驱逐舰与其作战。但由于美军的120余架飞机英勇反击，日本被迫撤退，并受到重创。
在地中海地区，英国皇家海军与德、意海军展开激烈的海战。“皇家方舟”号航母在北爱尔兰附近海域击沉了二战中第一艘德军潜艇——U39型，而U39型参加过猎杀标准排水量达49136吨的德军战略舰——“俾斯麦”号。1941年11月13号，“皇家方舟”在经过直布罗陀海峡时被德军U81潜艇打中4枚鱼雷，14小时后沉没。英国共有4艘航母用过“皇家方舟”这一荣誉舰名，它是第二任“皇家方舟”号航母。1588年，英国海军击败了当时不可一世的西班牙“无敌舰队”，从而夺取并确立海上霸主地位。当时英国海军旗舰就叫“皇家方舟”，现役的“皇家方舟”是“无敌”级3号舰。