珊瑚海位于太平洋西南部海域，澳大利亚和新几内亚以东，新喀里多尼亚和新赫布里底岛以西，所罗门群岛以南。南北长约1400英里，东西宽约1500英里，面积188.6万平方英里。南连塔斯曼海，北接所罗门海，东临太平洋，西经托里斯海峡与阿拉弗拉海相通。其南纬20°以北的海底主要为珊瑚海的海底高原，高原以北是珊瑚海海盆。南所罗门海沟深24002英尺，新赫布里底海沟深25134英尺。珊瑚海因有大量珊瑚而得名，其中以大堡礁最著称，沿澳大利亚东北岸延伸，长达1200英里。珊瑚群岛分布在珊瑚海领域，陆地面积仅几平方公里，无人居住。
1942年初，日军联合舰队还沉浸在偷袭珍珠港的胜利中。第一阶段的任务已超额完成，但第二阶段的任务还没有最终确定。在日本看来，美国的经济潜力虽然巨大，但转入战时生产还需要一个过程，他们预计美国1943年夏季才可能组织反攻，而日本完全有时间进一步推进战线，扩大防御圈。控制澳大利亚就是这一战略的反映。
日本陆、海军一致认为澳大利亚将是英美借以反攻的最大据点，但是，由于深陷中国战区，日本陆军根本无法登陆澳大利亚，唯一可行的选择将是切断其与珍珠港的联系。
1942年2月初，日军占领了澳大利亚东北的俾斯麦群岛的拉包尔基地，3月初占领了新几内亚的莱城、萨拉莫阿。按计划随后即应对图拉吉和新几内亚东部的莫尔比兹港实施登陆。但由于美国航母的活动，这一计划就被推迟了。直到4月底，第5航空战队（翔鹤号和瑞鹤号）、第5巡洋舰队（妙高号和羽黑号）从印度洋归来，回到特鲁克。进攻图拉吉和莫尔比兹港的计划随即开始。
1942年4月30日，第5航空战队、第5巡洋舰队和6艘驱逐舰作为机动部队从特鲁克出发南下，横于夏威夷和新几内亚群岛之间，伺机消灭盟军水面舰只。登陆掩护编队由祥凤号轻型航母、8艘巡洋舰、6艘驱逐舰组成。作为攻占莫尔比兹港的先头行动，4月28日从拉包尔出发的先遣登陆部队在祥凤号舰载机的掩护下于5月3日未遇到抵抗占领了小岛图拉吉。随后，5月4日，登陆部队主力从拉包尔乘14艘运兵船在6艘驱逐舰和1艘巡洋舰的掩护下浩浩荡荡驶向莫尔比兹港。完成图拉吉登陆掩护的祥凤号及掩护舰只向西航行准备与登陆部队汇合，同时，机动部队第5航空战队进驻珊瑚海。美军从缴获的情报分析出日军的战略动作，于是，做出了正面迎击日军的决策，美第17和第8特混舰队已先于日军机动编队进入珊瑚海。
双方兵力对比是这样的，日军总指挥为井上成美海军中将，其司令部设在特鲁克，掩护部队由轻型航空母舰“祥凤”号航母，4艘重巡洋舰“青叶”、“加古”、“衣笠”、“古鹰”号，及1艘驱逐舰组成，后藤有公海军少将指挥。战役目标为：4月28日，搭载着陆军南海支队从拉包尔出发，首先支援图拉吉登陆作战，尔后转而西进，前去支援莫尔兹比的登陆作战；机动部队由第5航空母舰战队的2艘大型航空母舰“瑞鹤”号、“翔鹤”号和第5战队的3艘重巡洋舰“妙高”号、“羽黑”号和“足柄”号及6艘驱逐舰组成。高木武雄海军中将指挥。航空母舰的航空兵作战由原忠-海军少将指挥。战役目标为：于4月30日和5月1日从特鲁克岛出发，支援莫尔兹比港登陆作战。此外，还有驻在拉包尔的90余架陆上攻击机。
美军总指挥为弗莱彻海军少将，下辖第17特混编队。其兵力部署是：由5艘巡洋舰（明尼阿波利斯号、新奥尔良号、阿斯托尼亚号、切斯特号、波特兰号）和5艘驱逐舰（费尔普斯号、杜威号、法拉格特号、艾尔温号、莫纳根号）组成突击舰队，金凯德海军少将担任指挥。支援大队，由3艘巡洋舰（澳大利亚、芝加哥号、霍巴特号）和2艘驱逐舰（帕金斯号、沃尓克号）组成，格雷斯海军少将担任指挥。
航空母舰特混大队由2艘航空母舰（“列克星顿号舰长弗雷德里克·谢尔曼海军上校，”约克城号舰长艾略特·布克马斯特海军上校）和4艘驱逐舰（莫里斯号、安德森号、汉曼号、拉塞尔号）组成，由奥布里菲奇海军少将指挥。
突击大队和支援大队的巡洋舰和驱逐舰为两艘航空母舰组成环形警戒区。
5月3日，当日军在图拉吉岛登陆时，弗莱彻将军的约克城号仍然在巴特卡普角以西100多英里的海面上休整。面对登陆消息，他兴奋的写道：“这是我们等了一个月的消息”。他立刻命令中断加油，以每小时26海里的速度，向北驶往所罗门群岛中部。
5月4日拂晓，约克城号航空母舰到达瓜达卡纳尔岛西南约100英里的海面，随后，美军特遣舰队的舰载机对日军登陆部队进行攻击，击沉日军驱逐舰1艘、扫雷艇及登陆艇数艘。随后，美舰队也向西莫尔比兹港进发。尼米兹后来对图拉吉战斗进行重新评估：“从消耗的弹药和取得的战果来比，这场战斗肯定是令人失望的。”这次袭击的另一失误是暴露了美军的实力，珊瑚海战役前，美国占有情报先机，袭击图拉吉暴露了美军兵力及意图，致使构成日军入侵主力的海军部队，大部分于5月4日撤离拉包尔向东迂回驶往莫尔比兹港。
5月5日、6日，由于海面云层遮挡，双方舰队互相搜索。
7日晨4时，在大概得知美舰队方位的情况下，日机动编队派出12架舰载机分为6组，在180度至270度方位之间，250海里距离内搜索敌人。
5时45分，向南搜索的日机报告：“发现敌航空母舰、巡洋舰各1艘”。
6时至6时15分，先后从瑞鹤号起飞零式战斗机9架、轰炸机17架、鱼雷机11架，从翔鹤号起飞零式战斗机9架、轰炸机19架、鱼雷机13架。共78架日机，击沉美驱逐舰及油轮各一艘。
与此同时，美军同样在寻找日海军主力，列克星敦号上的一架巡逻机发回报告“发现了两艘航母和四艘重巡洋舰”。弗莱彻以为这是日军的航母部队，则决定以其全力实施攻击。由列克星敦号派出俯冲轰炸机28架、鱼雷机12架、战斗机10架，由约克城号派出俯冲轰炸机25架、鱼雷机10架、战斗机8架，共计93架舰载机先后飞向目标。飞到目标后，才发现是两艘轻巡洋舰和两艘炮艇，这是日军登陆的掩护部队，由于密码错误，被夸大成一支突击部队。
幸运的是，美军终于发现了被夸大了的舰队中值得攻击的目标：祥凤号航母。93架美国战斗机和轰炸机经过半个小时的轮番进攻，祥凤号已中了13枚炸弹和7枚鱼雷。井泽下令弃舰。几分钟后，祥凤号沉没，在这次攻击中，美军击沉日本海军的轻型航空母舰“祥凤”号和一般巡洋舰。双方仍在迫切寻找对方主力舰只。
5月8日，日出前最后一个小时，珊瑚海200海里内，4艘航母在忙碌的进行着准备工作，而战争的命运注定彼此的侦察机将同时发现目标。
8时15分，美军飞行在最北边的侦察机发回报告：敌人的航空母舰特遣舰队在列克星敦号东北约175英里的海面上以每小时25海里的速度向南行驶。仅仅几分钟以后，美国航空母舰的无线电台收到了日本人兴高采烈的报告，显然表明他们自己也被发现了。随后，约克城号和列克星敦号共起飞15架战斗机、46架轰炸机和21架鱼雷机共82架飞机扑向日本舰队。105分钟后，美军突击机队发现翔鹤号和瑞鹤号正向东南方向行驶，两艘航空母舰之间相距八英里，各由两艘重型巡洋舰和驱逐舰护航。
正当美国人利用宝贵的几分钟，在团团积云里组织进攻的时候，翔鹤号趁机出动了更多的战斗机，瑞鹤号则躲进下着暴雨的附近海面。向着严密防卫着的敌人舰队的航空母舰发起首次进攻的美国飞行员，面对真正的强敌时还是乱了阵脚。鱼雷机和俯冲轰炸机被零式战斗机冲散，相互间缺乏配合，且鱼雷发射后偏离目标，轰炸是盲目的。只有两颗炸弹击中翔鹤号，翔鹤号飞行甲板上因油燃泄漏起火。十多分钟以后，列克星敦号上的飞机赶来了，但是，厚厚的云层底下的敌舰能见度过低。使进攻受到进一步挫折。只有15架轰炸机发现了一个目标，可是，它们只有6架野猫式战斗机保护，很容易被零式战斗机冲散，鱼雷进攻再次失败，轰炸机只投中一枚炸弹。
当所剩的43架美军飞机返航时，却发现日本对手能够发动更有效的进攻。由于舰上装备有雷达，列克星敦号的战斗机指挥官在敌机仍然在东北方向70多英里的空中时，就能知道它们的位置，并下令起飞战斗机进行截击。但是，第5航空战队的69架舰载机在尚未受拦截之前已经分成了3个攻击队。日鱼雷机队首先飞临美舰上约克城号。由于，该舰灵活地进行规避，日机的攻击未见成效。
但是，在环形警戒序列中的两艘航空母舰都在自行进行规避的结果，使这两舰之间的距离迅速拉大、警戒舰只也随之一分为二，从而削弱了对空防御，给日军飞机可乘之机。日机对约克城号左舷投射8枚鱼雷，均被该舰避开。在随后轰炸机队开始对约克城号俯冲投弹。有一枚800磅的炸弹击中了该舰舰桥附近的飞行甲板，但仍能继续战斗。日鱼雷机队攻击列克星敦号时，成功地运用了夹击战术，从该舰舰首的两舷、15-70米高度、1000-1500米距离投射鱼雷。列克星敦号由于吨位较大，回圈半径较大，转弯不灵活，日机投射的13枚鱼雷中有2枚击中该舰左舷，导致锅炉舱有3处进水。
列克星敦号正在拼命规避鱼雷时，日轰炸机队又开始对其进行攻击，又有2枚炸弹命中目标。这场遭遇战只持续13分钟，日本人飞走的时候，兴高采烈地报告他们替前一天祥凤号的失败报仇雪恨，毫不含糊地击沉了一艘“大型航空母艘”和一艘“中型航空母舰”。
实际上，列克星敦号尽管由于被鱼雷和炸弹击中，产生7度横倾，但该舰调整燃油之后，恢复了平衡，继续接纳返航的飞机着舰。同时为战斗机加油加强制空。但由于燃油泄漏，列克星敦号舰内突然发生爆炸，并引起大火，火势迅速蔓延，以至无法控制。
下午15时左右，舰长下令全体舰员离舰。17时许，费尔普斯号驱逐舰奉命对其发射5枚鱼雷，列克星敦号于17时56分沉没。已经降落到该舰的36架飞机也随之沉入大海。美第17特混舰队约克城号上虽然尚有轰炸机和鱼雷机27架、战斗机12架，可是因为夜晚能见度低的问题，弗莱切无意再战，率领舰队撤离战场。
第二天，瑞鹤号的飞行员为追击美舰再次进行侦察巡逻时，海上只有列克星敦号的残骸了。
珊瑚海海战是美日航空母舰编队在太平洋战场上首次交锋，也是日本发动太平洋战争后首次受挫。美国的积极应战，一方面迫使日军进攻莫尔比兹港，遏制了日军南进的势头；另一方面暂时解除了日军对新几内亚和澳大利亚的威胁。由于海战中日机损失惨重，以致进犯莫尔比兹港之日军既无空中力量掩护，又受盟军陆上基地轰炸机的骚扰，只得撤回拉包尔。