A principios de la Segunda Guerra Mundial, el principal instrumento para el despliegue del poder de combate naval se convirtió en el portaaviones. La razón era el alcance: los aviones podían realizar un ataque concertado a 200 millas o más, mientras que los acorazados sólo podían hacerlo a 20 millas o menos. La cuestión táctica más importante durante la transición en los años 20 y 30 fue si los aviones podían levantar suficiente destrucción para sustituir al acorazado. Hasta los años 30 los escépticos tenían razón en que los aviones no podían. Pero a finales de esa década, los motores llevaban una carga útil adecuada, los diseños de los bombarderos en picado y de los torpedos habían madurado, el equipo de detención de los portaaviones y las instalaciones de manejo de la cubierta de vuelo asociadas estaban a la altura de sus tareas, y se habían practicado bien las tácticas de ataque. Los aviadores navales estadounidenses y japoneses fueron pioneros en estos desarrollos.
También había una cuestión táctica subordinada: ¿se podía encontrar al enemigo en los límites exteriores del alcance de los aviones? La capacidad de atacar objetivos fijos como el Canal de Panamá o Pearl Harbor, y de lograr la sorpresa al hacerlo, había sido ampliamente demostrada en ejercicios navales así como en la batalla, pero encontrar, informar y acercarse a los barcos en el mar era un desafío mayor. Sin restar valor a la valentía y habilidad de los aviadores, puede decirse que la exploración eficaz fue el problema táctico dominante de la guerra de portaaviones y tuvo la máxima influencia en los resultados de las batallas cruciales de portaaviones del Teatro del Pacífico en 1942: el Mar del Coral (del 4 al 8 de mayo), Midway (del 3 al 6 de junio), las Salomón orientales (del 23 al 25 de agosto) y las Islas Santa Cruz (el 26 de octubre). En esas batallas tan igualadas, la calidad de los aviadores estadounidenses y japoneses y de sus aviones estaba prácticamente a la par. Cuando los Estados Unidos ganaron, lo hicieron gracias a la superioridad de la exploración y la detección, debido en gran medida al radar de búsqueda aérea y a la ventaja de haber descifrado el código japonés.
La estructura de mando y control pulida por la Marina estadounidense durante la guerra fue el tercer componente vital, después de la exploración y la entrega de potencia de fuego. La manifestación tangible del C2 moderno fue el Centro de Información de Combate, que centralizaba la información del radar y las comunicaciones de voz por radio. En 1944, la doctrina táctica de coordinar las defensas aéreas de los cazas, junto con la potencia de fuego antiaérea, ahora muy reforzada, de los buques de la flota, era tan eficaz que en la Batalla del Mar de Filipinas (19-21 de junio de 1944) más del 90 por ciento de los 450 aviones japoneses fueron aniquilados en un ataque infructuoso contra la 5ª Flota del almirante Raymond Spruance.
La nueva formación táctica era circular, con los portaaviones en el centro defendidos por una pantalla antiaérea y antisubmarina compuesta por sus propios aviones más acorazados, cruceros y destructores. Para la ofensiva, el círculo permitía un rápido giro simultáneo de todos los buques de un grupo de trabajo para lanzar y recuperar aviones. Para la defensa antiaérea, el círculo tenía un diámetro lo más reducido posible, de modo que cada buque de protección, al defenderse, ayudaba a defender a su vecino.
El nuevo paradigma de batalla exigía un pulso de poder de combate que debía ser entregado en un ataque de choque por una o más alas aéreas. Sin embargo, a pesar de todas las intenciones, los ataques aéreos contra las defensas alertadas rara vez se realizaban de forma tan compacta como se había practicado, ni eran tan decisivos desde el punto de vista táctico como esperaban los aviadores navales. En las cinco grandes batallas de portaaviones, un ala aérea atacante eliminó una media de un solo portaaviones enemigo. (Visto estratégicamente, este promedio, junto con las pérdidas de aviones de alrededor del 50% por batalla, fue suficiente para gobernar el patrón de la guerra del Pacífico). Dado que se tardaba más de dos horas en lanzar, organizar y lanzar un ataque aéreo, era difícil atacar antes de que un contraataque enemigo estuviera en el aire. El éxito del mando en el mar dependía, como nunca antes, de la eficacia de la exploración y la comunicación, porque para ganar una batalla decisiva, tanto en la Segunda Guerra Mundial como en toda la historia naval, era necesario atacar primero con eficacia.
Por muy dominante que fuera, el poder aéreo basado en portaaviones no controlaba los mares por la noche. Con un mínimo de éxito, los buques de alta calidad de Alemania explotaron las horas de oscuridad, especialmente durante los meses de invierno y en las aguas del norte. En la reñida campaña de Guadalcanal en el otoño de 1942, las armas dominaron la noche y estuvieron a punto de inclinar la balanza a favor de Japón. La Armada Imperial Japonesa, que esperaba verse superada en número por el Tratado de Limitación Naval de las Cinco Potencias de 1922, había practicado asiduamente tácticas nocturnas para, como suponían, reducir la línea de combate estadounidense durante su lenta marcha hacia el oeste a través del Pacífico. Habiendo desarrollado el inigualable torpedo Long Lance, lo instalaron abundantemente en cruceros ligeros y destructores y desarrollaron tácticas que lanzaban una andanada de armas de largo alcance en dirección a la línea enemiga, cuidando al mismo tiempo de no exponer las vigas de sus propios barcos a un contragolpe. Por otro lado, la doctrina estándar de Estados Unidos preveía la lucha en columna, empleando los cañones como arma principal; las ventajas que deberían haber obtenido los estadounidenses por la noche gracias a la superioridad del radar se desaprovecharon en gran medida. Entre agosto de 1942 y julio de 1943, en las batallas de destrucción de cruceros de la isla de Savo, el cabo Esperance, Tassafaronga, el golfo de Kula y Kolombangara, prevalecieron las tácticas nocturnas japonesas. No fue hasta mediados de 1943, con las tácticas atribuidas al capitán (más tarde almirante) Arleigh Burke que explotaron la ventaja del radar en su totalidad, que la Armada de Estados Unidos restableció el equilibrio.
Aún así, la aviación naval era el arma de decisión. Aunque los duelos de las grandes flotas de portaaviones recibieron más atención, los ataques aéreos de mar a tierra fueron tan cruciales para asegurar el control de los mares. Los ataques de los británicos en Taranto, Italia (11 de noviembre de 1940), de los japoneses en Pearl Harbor (7 de diciembre de 1941) y de los estadounidenses en el Pacífico Sur en Rabaul (5 y 11 de noviembre de 1943) y Truk (17 y 18 de febrero de 1944) fueron tan importantes para ese fin como los enfrentamientos más sensacionales de la flota.
Además, en 1944 y 1945 las flotas estadounidenses 3ª y 5ª, con 27 portaaviones rápidos, llevaron la guerra con éxito contra complejos enteros de aeródromos en Formosa (actual Taiwán), Filipinas y el propio Japón. Una máxima táctica tradicional, «Los barcos no luchan contra los fuertes», quedó suspendida mientras duró la guerra.
En los últimos días de la guerra en el Pacífico, la batalla de Okinawa sirvió para indicar la naturaleza de los futuros combates en el mar. Para entonces, la Marina estadounidense había reducido a la Marina japonesa a la impotencia, y los aviones tripulados no podían penetrar las seguras defensas estadounidenses. Sin embargo, durante la campaña de tres meses por Okinawa (abril-junio de 1945) la Marina estadounidense perdió 26 barcos y sufrió daños en otros 164, esta vez a manos de los kamikazes (pilotos suicidas) japoneses que volaban desde los aeródromos de Japón. Los pilotos que volaban en estas misiones de un solo sentido entregaban, en efecto, misiles humanos guiados. Los kamikazes demostraron que los misiles podían, en ocasiones suficientes, atravesar defensas que de otro modo serían impenetrables. La tecnología de guiado de misiles exhibida en las últimas etapas de la guerra en Europa indicaba que los misiles serían los kamikazes del futuro. Y la bomba atómica ofrecía la desagradable amenaza de «un impacto, una muerte» en el mar.