在第二次世界大战中，随着太平洋战争的日益扩大，美日等国运用航空母舰大打海上空战。如1942年6月4日～1942年6月6日的中途岛海战，海战主要是由舰载航空兵进行的，海战的胜负即由航空兵击伤敌方航空母舰多少而决定的。同样，在1942年5月的珊瑚岛海战中，日本人没有发射一发炮弹，仅凭航空母舰的巨大威慑力就取得了战略和战术上的胜利。此外，1942年8月24日的东所罗门海战和同年10月26日的圣克鲁斯海战以及几次大的海战和登陆作战，都是由于航空母舰参战而决定胜负的。为此，在第二次世界大战期间，有的大国就一边建造新舰，一边把一些商船和战列舰等也改成航空母舰。例如日本1940年投入营运的3艘17万吨级的豪华邮船“新田丸”、“八幡丸”和“春日丸”，由于通往欧洲的航线被战争所切断，于是被用来改装成为3艘名为“大鹰”号、“冲鹰”号和“云鹰”号轻型航空母舰。改装后的航空母舰航速21节，载机30架。1940年10月，日本海军将日本邮船公司的两艘27万吨邮船进行改装，命名为“飞鹰”号和“鹰”号，于1942年夏季编入现役，其排水量2414万吨，载机53架。这是日本第一批把烟囱装在上层建筑上的航空母舰，其烟囱呈26度斜角外伸，使烟尘不会漂到飞行甲板的上方。1941年，日本人根据1939年制定的“04”计划建造了一艘新型航空母舰“大风”号，令人难以理解的是，日本人建造的这艘新型航空母舰除烟囱成26度角外伸，舰艏和烟囱都是封闭式以外，竟与英国海军的“光辉”级航空母舰很相似，该舰排水量293万吨，航速33节，能搭载52架飞机和21架飞机备件，该舰1944年加入舰队。
从1941年起，日本海军开始从改装航空母舰转变为直接建造航空母舰。1941年，日本决定建造一艘“飞龙”
改型航空母舰。1942年，决定建造一艘“飞龙”级改型航空母舰的姐妹舰。后来，鉴于中途岛海战中损失了4艘航空母舰，日本人再次决定加速航空母舰的建造，将建造2艘“大风”，型航空母舰的计划改为建造5艘，之后又将几艘邮船和2艘水上飞机母舰改装成了航空母舰。再后，日本人甚至提出建造13艘“云龙”型航空母舰的计划，只是因本国工业实在无法承受而未能实现。
为了能使商船队少受德、意等国潜艇和水面舰艇的袭击，同盟国在1943年下半年开始建造了一种特殊的航空母舰--载机商船。载机商船是一种装有简易甲板的油船或粮食船，能携带3架4架飞机。当时，共有6艘粮船和13艘油船改成了载机商船。载机商船一共参加了4000多个航次的航行。在这些航次的航行中，载机商船没有击沉过德国潜艇，也未能使德国潜艇及其他水面舰艇得逞。载机商船的优点在于：既能运载，又能护航，战后还能方便地改成商船。
比较而言，美国在建造航空母舰上最为狂热，几乎动员了全国所有能够动员的造船力量来建造航空母舰，从而使航空母舰的数量急剧增加。到1945年初，美国已服役的航空母舰达52艘，正在建造的还有18艘。
苏联海军建造航空母舰的设想起源于1913年，当时沙俄海军已于1910年在波罗的海和黑海两地成立了海军航空学校。当时，设想建造的航空母舰航速达30节，但因第一次世界大战和国内革命的爆发而告吹。第一次世界大战开始不久的1914年，沙俄海军在黑海将两艘5000吨级的货轮改装成了水上飞机母舰，每舰搭载水上飞机7架～8架。之后，一直未有真正的航空母舰诞生。直到军队进行大清洗后的1938年，库兹涅佐夫任海军总司令，制定了一项宏伟的海军建设计划：拟在10年内建造4艘航空母舰。这一计划由于当时的领导人斯大林的不积极支持以及战争的影响而流产了。直到1944年，斯大林发现岸基飞机难以成为太平洋舰队和北海舰队的臂膀，再次决定建造4艘航空母舰和1400多艘小型舰船。不过，当时的苏联却不具备建造航空母舰的条件，向德国寻求援助又遭拒绝而再次未能建成航空母舰。
第二次世界大战结束时，苏联从战败的德国获得了一艘即将建成的“格拉夫兹伯林”号航空母舰。但在拖往列宁格勒的途中，突遇暴风而沉入大海，至此之后20年，苏联一直未能建造航空母舰。
总的来说，航空母舰在第二次世界大战期间获得了迅速发展。航空母舰数量的急剧增加，必然导致航空母舰新舰型的不断涌现，从而使航空母舰的性能也进一步优化。例如，第二次世界大战期间设计建造的“爱塞克斯”级重型航空母舰、“中途岛”级航空母舰、“巨人”号航空母舰以及“独立”级航空母舰。“爱塞克斯”级航空母舰满载排水量3638万吨，总长2658米，航速达33节，配备航载飞机85架～100架。“中途岛”级航空母舰是一种重型攻击航空母舰，其满载排水量61万吨，航速33节，载有舰载飞机75架。这些重型航空母舰主要用于攻击陆上目标、水面舰船、水下潜艇等。“巨人”号航空母舰是英国建造的轻型航空母舰，其满载排水量185万吨，航速235节，载飞机35架～50架。“独立”级航空母舰是美国建造的轻型航空母舰，其满载排水量13万吨，航速33节，载飞机45架。这些轻型航空母舰主要担负舰艇编队的防空、反潜任务。此外，其他国家也建有不少新型的航空母舰。据不完全统计，到第二次世界大战结束时，各国新建和改建的航空母舰已逾200艘。
第二次世界大战后期，各国还发展了一些夜战航空母舰。夜战航空母舰同常规航空母舰的作战时间恰好相反这种军舰上的战斗机由于在专用设备的辅助下，很少进行昼间飞行，而是将白天的时间留给飞行员休息或对飞机进行维护保养，夜间进行战斗或训练。“独立”级航空母舰的首舰在1944年装备专用设备后，改装成为世界上第一艘夜战航空母舰。
冰制航空母舰
第二次世界大战期间的1943年8月15日，大不列颠公众心目中最英俊的海军上将路易斯·厄尔·蒙巴顿，怀着对德国人的极端愤恨，在英美总参谋部魁北克战略会议上提出了一个令人难以相信的奇思妙想--建造世界舰船史上空前绝后的冰制航空母舰。
蒙巴顿上将是一位并不幸运的指挥官，德国人一度曾使他感到屈辱无光。在他坐镇指挥的海战中，德国人曾两次将其座舰击沉。在会上，蒙巴顿勋爵拔出手枪向桌上的两块冰射击。第一块冰被击得粉碎而另一块冰却毫无损伤。子弹从冰块上滑开了，差点擦伤参加会议的美国海军上将欧内斯特金的大腿。
蒙巴顿勋爵的表演就这样结束了，上将用枪布轻轻擦了擦他那支引为自豪的枪，开始了有理有据的演说：“色泽混浊、未被击碎的冰块内掺入了一定比例的木屑，其刚度、强度比普通冰块大得多。如果用这种特制冰制作航空母舰，敌方潜艇的武器将无能为力。”并声称：“由于钢铁材料的短缺，加之德国海军潜艇战的日益猖狂，利用这种经济、快速的特制冰制造航空母舰就等于掌握了取得战争胜利的武器。”
蒙巴顿还认为，一艘长600米的人造冰航空母舰既可作为浮动岛屿停放大批飞机，又可作为反攻希特勒控制的欧洲大陆的跳板。
济济一堂的参谋人员像听天书似的瞪大了眼睛，他们根本无法相信用冰能造航空母舰，更无法相信冰造航空母舰能够战胜德国那一群群神出鬼没的潜艇。可在当时，盟军在迪埃普、圣那撒雷和布洛涅的3次登陆均以失败而告终，仅1942年11月，盟军就有134艘86万吨的商船被德国潜艇击沉。在无法对付德国潜艇的前提下，冰制航空母舰的设想竟使丘吉尔也着了魔，他指示总参谋长黑斯廷斯·伊斯梅对这项计划讲行论证。
在这之前，建造冰制航空母舰的计划由记者兼间谍的杰弗里·派克于1942年10月提出。派克最初提出将北极海域的巨冰拖至大西洋改造成人工冰岛。不过，这一设想当初并没有引起多少人注意。因为，冰山的绝大部分位于水下，而北极地区的冰块又太薄，根本不可能抗击大西洋高达数米的大浪。
1943年初，美国科学家赫尔曼·马克和瓦尔特·霍恩斯泰发现，将棉花或纤维加入淡水研制而成的冰具有良好的机械性能和高强度。这一发现给派克的设想带来了转机，也带来了蒙巴顿的热情和丘吉尔的着迷。
总参谋长黑斯廷斯·伊斯梅很快就成立了由工程技术人员和物理学家组成的研制小组。这些专家于1943年5月开始在加拿大落基山脉下的帕特里夏湖建造冰制航空母舰的模型。1个月后，一艘长20米、外面贴着木板、内壁涂着沥青、船体上凿着管道状通风孔的冰制航空母舰的模型问世了。这个巨大的冰疙瘩竟然度过了夏天而没有溶化。
海军对设计中的航空母舰提出了更高的要求：该舰必须能够经受30米高海浪的撞击，舰上的冰跑道长度必须能让战斗轰炸机起飞，而且，当它受到鱼雷攻击或重创时，只需用冰水填上即可堵漏。
根据海军的要求，科学家们设计出1艘长600米、舰壁厚达12米、总重量220万吨，有着26只螺旋推进器的“哈巴库克”号冰制航空母舰。该舰可容纳1500名水兵和200架飞机，内部装有冷气机，以使它在热带航行不至于溶化。
这艘令世人瞩目的航空母舰的首批图纸很快就由蒙巴顿勋爵送到魁北克作战会议上。根据计划，该舰造价为8000万美元。美国总统罗斯福在蒙巴顿上将的游说下，竟也同意出资建造，但他还是谨慎地授权自己的技术顾问布什对计划进行研究。
经过仔细核算，布什和蒙巴顿进行了一次开诚布公的会谈，随之宣布这一计划“简直荒唐透顶！”冰制航空母舰计划就这样流产了。后来，蒙巴顿被任命为盟军东南亚战区总司令，到缅甸去指挥作战。冰制航空母舰的图纸从此成了海军档案馆中的资料。
英国“暴怒”号航空母舰
“暴怒”号于1915年6月动工建造时是一个离奇的混合物。它有轻巡洋舰那样的装甲防护，航速达31节，首尾还准备各装1门437毫米超大口径火炮，以作为浅吃水支援舰。
1917年3月底，英国海军部决定，舰首不安装457毫米炮，炮塔和弹药舵的位置留作机库，机库顶篷为695米长的飞行甲板，直达舰首。排水量19513吨，长2397米，宽268米，吃水73米。发动机功率达701兆瓦，航速315节，装1座457毫米炮，11座140毫米炮，4座76毫米炮，9具533毫米发射管，载机10架，舰员880名。
1917年11月，“暴怒”号奉命回厂改装，决定撤除457毫米炮和炮塔，改成长866米，宽213米的降落甲板，这样，“暴怒“号首部为起飞甲板，尾部为降落甲板，中间为烟囱和上层建筑。降落甲板下为机库，机库两舷侧各有一条很宽的通道与舰首起飞甲板下的机库相通。这样，“暴怒英国“英仙座”号航空母舰为适应喷气式飞机的发展第二次世界大战结束后，英国海军航空后备司令米切尔提出蒸汽活塞弹射器的设想，用舰上的主锅炉的蒸汽作动力，弹射器可根据飞机的重量和弹射速度调节弹射能力。1951年，英国的“英仙座”号航空母舰首次装上了这样的弹射器，获得了成功。
“英仙座”号航空母舰，原名为“埃德加”号，属“巨人”级，舰长212米，舰宽245米，吃水7米，标准排水量13190吨，动力为蒸汽轮机，功率30870千瓦，航速25节。它载机48架，装有6座四联装乒乓炮，19座40毫米炮，舰员1070名。
战后，随着喷气机投入使用，航空母舰上的起飞方式必须改革，为此，在飞行甲板前部装设了蒸汽弹射器。后来，以此弹射器为原型，经多次改进后装到了英国“皇家方舟”
号上，并将此技术转让给美国，从而成了航空母舰的关键设备。
日本“信农”号航空母舰
中途岛海战后，日本决定将正在建造的第三艘“大和”
级战列舰“信农”号改建为航空母舰。这是日本最大的航空母舰，也是当时世界最大的航空母舰。这一纪录一直保持到1961年美国“企业”号航空母舰问世。
“信农”号的特点：一是装甲防护强。飞行甲板厚75毫米，上面还覆盖了200毫米厚的钢骨水泥层，同时加强了要害部位的防护。二是设计上独具一格。它不仅仅是一艘攻击航空母舰，又是中继补给基地，可在海上为航空母舰和其他作战船只补给诸如飞机、燃油、弹药、淡水、食品等必需品。
“信农”号航空母舰于1940年5月4日动工，1944年10月8日下水，1944年11月19日竣工。建造中突击施工，压缩工期，有些收尾工程尚未完工，就匆匆服役。1944年11月28日，“信农”号航空母舰在3艘驱逐舰的护航下出海，被美国“射水鱼”号潜艇连发射6枚鱼雷，其中4枚击中右舷。巨大的爆炸引进熊熊大火，“信农”号于次日上午沉没。
这艘被日本视为王牌的巨舰，没想到在第一次航行中就夭折，成为近代海战史上最短命的一艘航空母舰。
日本“凤翔”号航空母舰
“风翔”号航空母舰是20世纪20年代初出现的专门设计的航空母舰。1919年12月16日动工，1921年11月13日下水，1922年12月27日竣工。该舰标准排水量7470吨，航速26节，飞行甲板长16825米，宽227米，载机21架。
“凤翔”号航空母舰的岛式上层建筑和烟囱设在飞行甲，板右舷，是岛式航空母舰的原型，现代航空母舰的布设形式也与此相同。为了防止烟囱排出的烟尘影响甲板上的飞行作业，烟囱上装有铰链，可以向外侧放到。飞行甲板前部有小角度斜坡。1923年试航后，为了得到空旷的平甲板，拆除了岛式上层建筑，飞行甲板前部也改为平甲板。
1932年2月，日军侵入上海后不久该舰开进长江，“凤翔”号航空母舰舰载机在上海上空与中国空军进行了空战。
太平洋战争中编为训练航空母舰，1947年解体。