1942年3月，基本达成第一阶段战略目标的日本开始研究下一步计划。日本海军基于先前一系列的胜利，提出了南下澳大利亚，随后挥师夏威夷群岛的作战计划。然而，实际上，日本陆军在东南亚和中国战场深陷泥潭，根本无法抽调出这么多的部队进行上述作战计划。双方你争我吵（海军：陆军马鹿！陆军：海军马粪！）持续到了3月7日，最终拿出了一个折中的作战计划。主要内容分为两点，第一强调资源自给自足；第二强调长期不败。
于是乎，海军认为既然没有足够的兵力无法占领澳大利亚，那就切断其与外界的联系。于是新几内亚成了联合舰队的下一个重要目标，要占领新几内亚，就要首先占领莫尔兹比港。
但特别要提到的是，其实此时，日本的情报密码已经泄露了。日本人最自信的密码是J-25系列，日本人一共升级了25次。而美国人最自信的密码也是J-25系列，日本人升级一次他们破译一次。于是，美国派出了由弗莱彻率领的两支特混舰队（TF11和TF17），包括航母“列克星敦”和“约克城”，准备伏击日军，歼灭日军航母机动部队和登陆部队。
整个珊瑚海海战的计划是日本在1942年4月初制定的，其指导思想是深入所罗门群岛，登陆图拉吉岛，最后占领巴布亚新几内亚的莫尔兹比港。但是日本人偏偏喜欢把简单的事情搞复杂，整个行动被兵分四路：图拉吉岛攻略队（志摩舰队）、莫尔兹比港攻略队、负责海上支援和后勤的MO水上部队，最后一路是机动部队“五航战”。四月底，井上本人坐镇练习巡洋舰“鹿岛”上指挥整个作战，四路部队完成了在特鲁克港的集结。
1942年5月1日，以五航战“翔鹤”“瑞鹤”为主力的第五舰队从克鲁特起航（脑洞：那这么说，动画里的镇守府大概就是特鲁克了？）5月3日，位于图拉吉岛日军遭到了从美军“约克城”号航母上起飞的舰载机的轰炸，五航战在高木武雄少将的带领下开始南下寻找美国航母部队，顺道一并带上了莫尔兹比港的登陆部队。
5月4日，TF17在瓜岛以南100海里处派出飞机，攻击在图拉吉外海的志摩舰队。一共有60架飞机参加了前后连续3波的空袭。这次空袭打了志摩措手不及，菊月号驱逐舰以及3艘扫雷舰被击沉，另有4艘舰艇受损，4架用于支援登陆的水上飞机被摧毁。同日晚间，TF17在收回飞机后撤往南方。而日军虽然受到了航母的空袭，但依旧在进行水上飞机基地的建设，5月6日起图拉吉岛即已经开始执行侦察任务。
5月6日上午10时，一架日军的水上飞机发现了美国航母，更走运的是，美国人对此毫无察觉。而高木的五航战那时在美军北方300海里处加油，勉强处于日军飞机的最大航程之内。高木判断美军的航向向南，仍在远离。其舰队也并未做好交战准备，加上天气正在变差，于是做出了不与攻击的决定。五航战只好在原地继续加油，准备第二天凌晨决战。
5月6日当晚，双方距离一度只有70海里，但都没有发现对方。
5月7日凌晨，天气转好后，双方都派出了大量的侦察机进行索敌，双方的侦查机几乎同时发回了报告。日军那边的报告是发现航母一艘，巡洋舰一艘，驱逐舰3艘；美国那边是发现航母两艘，巡洋舰四艘。双方随即派出舰载机。不过这两则消息没有一个是准确的。
09时15分，高木派出的攻击机队到达目标上空，发现的是油船尼奥肖号和驱逐舰希姆斯号；日军机群对这艘油船置之不理，而是在附近徒劳地搜索美军的航母。10:00翔鹤的侦察机终于发现他们把油船和驱逐舰错认成了航母，在10时35分，发出“我们把油船误认成航母”的报告。MO机动部队陷入了恐慌之中：高木意识到美军航母实际上处于他和攻略部队之间，严重威胁着攻略部队。他遂命令攻击机群立即攻击尼奥肖号和希姆斯号，然后火速返回。11时15分鱼雷机和战斗机扔掉弹药，放弃了任务径直返回母舰；而36架九九舰爆则围攻这两艘船，并最终悉数击沉。
图：油船尼奥肖号被攻击
美军的舰载机在目标海域发现了祥凤，随即发动攻击。祥凤由6架零战和2架九六式舰战掩护，其余的飞机全在甲板下做维护，准备袭击美军航母。祥凤号总计被命中至少13枚450kg炸弹和5条鱼雷。舰体被炸成了两段。
图：正在被攻击的祥凤号
15时。高木收到报告，侦察机确认美国航母已经转向东南。但实际上，并没有任何一艘美军舰艇转向东南。高木认为如果美军的确是转向了那条航线，他们可以抢在天黑前靠近敌人到飞机的攻击距离内，因此他在傍晚发动攻击。由于返航时毫无疑问已经是夜间，因此并不携带任何用于护卫的战斗机。16时15分。总计12架九九舰爆和15架九七舰攻从两艘航母上起飞，去一个完全错误的方向攻击美国航母。
17时47分，TF17上的雷达发现了这支飞行编队。随即派出11架飞机前去拦截。日军措手不及，共有8架九七式舰攻被击落。之后，这支飞行编队还捅出了一个大乌龙。
由于损失惨重，而且队形已经被打乱，日军的攻击机队在用无线电汇报后放弃任务返航。日军鱼雷机全部抛弃弹药返回母舰。日落后6分钟，日军俯冲轰炸机队长高桥少佐也发出命令弃弹返舰。19时，数架日军飞机在夜色中飞到了两艘发出信号的航母附近，但实际上这两艘航母是美国的“列克星敦”和“约克城”号。日军飞机发出“着舰就绪”的信号准备降落，但因为识别信号不同而未被批准。对于敌我识别信号不同而困惑的日军飞机一直在盘旋试图降落（脑补：妖精桑顶着两个大圆眼一头问号），直到TF17的护航驱逐舰的防空火炮对其开火，他们才离开。
当晚，双方都决心在次日尽早发现对方，整晚都在为即将到来的大战整备战机，而已经筋疲力尽的飞行员们则抓紧时间小睡几个小时。
1972年美国海军中将H·S·达克沃斯在阅读了日军的战斗记录后，如此评论到：“1942年5月7日的珊瑚海地区，毫无疑问是世界历史上最为令人摸不着头脑的战斗区域。
5月8日早6时15分，日军位于罗塞尔岛以东100海里。经过5月7日的损失后，五航战总计还剩下96架飞机可堪一用，包括38架零战，33架九九舰爆和25架九七舰攻。双鹤派出7架九七舰攻，向南方140°-230°方向，250海里范围内展开搜索。同时，还有3架水上飞机从图拉吉岛，4架一式陆攻从拉包尔起飞协助搜索。7时50分，与衣笠和古鹰会和。五航战随后前往伍德拉克岛以东40海里处等待搜索结果，那里的云层较为浓密，能见度较差，适合躲避美方舰载机。
美国方面，此时尚有117架飞机，其中F4F野猫31架，俯冲轰炸机SBD65架，鱼雷机TBD21架。6时35分起飞了18架SBD360°搜索日军机动部队。所处位置天气较为晴朗，云层较少。
8时20分，一架美军的SBD透过云层的一个空隙发现了五航战，2分钟后，从翔鹤上起飞的一架飞机也发现的TF17。日军飞机发回母舰的电报被TF17截获，弗莱彻因此知道了自己已经暴露。此时五航战与TF17之间相距210海里。双方都忙着起飞飞机，并向对方靠拢以减少飞机发动攻击的飞行时间。但高木没有意识到的是，这一举动导致了五航战进入了美国TBD的攻击范围。虽说，当日美军TBD没有给日军带来伤害，但毫无疑问分担了日军的防空火力，并且迫使日军无法全力规避SBD的攻击。倘若没有TBD，翔鹤或许并不会被重创。
图：5月8日，从翔鹤上起飞的日军先导机
09时15分日军两艘航母派出由18架零战、33架九九舰爆和18架九七舰攻组成的联合编队，由高桥赫一海军少佐率领。美军的航母则各自展开攻击：约克城号派出6架战F4F、24架SBD、9架TBD；列克星敦号则派出9架F4F、15架SBD、12架TBD。
上午10时57分，由约克城上起飞的飞机开始攻击五航战，此时瑞鹤正在积雨云的下方。所以所有的飞机都选择攻击没有处在云层之下的翔鹤。翔鹤虽然进行了急速机动以回避，但依然被命中两枚1000磅炸弹，前甲板被撕裂，飞行甲板和停机甲板严重受损。约克城号的TBD中队的鱼雷全部射失。在交战中两架SBD和两架直掩零战被击落。列克星敦上起飞的飞机11点30分才匆匆赶到，随后展开攻击。一枚450kg炸弹命中，为翔鹤再添一伤。这次日军的直掩队击落了3架野猫。战后日军飞行员却宣称他们一共击落了24架美军飞机。
图：正在规避攻击的翔鹤，注意其甲板已经中弹起火
此时的翔鹤飞行甲板已经严重损毁，无力继续作战。高木随即批准翔鹤后撤。12时10分，在驱逐舰“潮”和“夕暮”的掩护下向东北方撤退。
时间回溯到10时55分，美国方面列克星敦的雷达发现了68海里外飞来的日军飞机，共起飞了9架F4F野猫前去拦截。但是美方低估了日军飞机的飞行高度，日军飞机从上方与其擦肩而过，拦截并没有成功。11时13分，日军鱼雷机领队嶋崎重和海军少佐分配了14架九七舰攻攻击列克星敦号，4架攻击约克城号，并随即展开攻击。攻击约克城号的4架九七舰攻全数射失，但另一边列克星敦号的转向半径比约克城号大得多，前去袭击的飞机成功对其实施了钳形攻击。11:20列克星敦号命中两枚九一式鱼雷：第一枚卡在了左舷的航空燃油储存槽中，汽油蒸汽遂弥漫于各舱室，此时无人发觉；第二枚命中左舷主水管，使得前部3个锅炉舱水压降低，迫使舱内的锅炉停机。
图：正在被攻击的列克星敦号
33架九九舰爆机为了获得风向而盘旋了一阵，因此比鱼雷机晚了3、4分钟才开始攻击。19架扑向列克星敦号，14架则以约克城号为目标。日军的战斗机与列克星敦号的直掩战斗机缠斗，成功掩护了俯冲轰炸机，但另一边约克城上空的两架战斗机成功干扰了攻击约克城号的日机。列克星敦号命中两枚炸弹以及数发近失弹，于12时33分发生火灾。11时27分约克城号飞行甲板中部被命中一枚250千克半穿甲炸弹，炸弹成功穿透了4层甲板后引爆，对机库造成严重的结构损坏，造成66名乘员阵亡或者重伤。多枚近失弹同样对约克城号水线下的船体造成破坏。约克城号有3座锅炉因为回火而被迫关闭，但30分钟后又重新开机。共有两架日军俯冲轰炸机被直掩的战斗机击落。
日军飞机撤离之后，12时47分一台没有人注意到的电动机产生的火花，点燃了弥漫在列克星敦舰中控制室的汽油蒸汽，引发了大爆炸，燃起了大火，25人丧生，随后火势渐渐被控制，眼看着列克星敦就要被挽救。14时42分发生了第二次爆炸，造成了另一场大火。第三次爆炸发生在15时25分到15时38分之间，船员奋力扑救但无奈火势已经无法控制。17时07分列克星敦号船员弃舰。
双方的攻击机群在12时50分到14时30分之间陆续回到各自的母舰。列克星敦号和约克城号尽管受到损伤，但依然能进行飞机降落作业。在回收的过程中由于种种原因，美军又损失了5架SBD，2架TBD和一架F4F；日军则损失1架零战，5架九九舰爆机和1架九七舰攻。着陆后的飞机中，又有3架零战，4架俯冲轰炸机和5架鱼雷机因为无法修复，被立即推进海里。
至此双方均无力再发动任何有意义的攻击行动，美军于9号撤离了珊瑚海海域。井上成美在汇报后，被山本五十六痛骂了一顿，山本当即命令井上继续追击。无奈此时高木手中的舰艇都已无燃料可用，整个9日都在加油补给。9日深夜开始重新搜索敌军，但此时美军已经退出了珊瑚海。搜索无果的日军于次日返回拉包尔。珊瑚海海战结束。
此战是世界上首次交战双方的作战舰艇都没有直接目视到对方、也未能直接向对方开火的海上航母舰载机作战。对于这种作战方式，双方都缺乏经验。广大的海域造成的索敌和通讯异常困难。信息真真假假，难以分辨。对双方的作战都造成了很大的影响。但美军方面，由于弗莱彻就在航母上，其命令下达的时间要短于坐镇后方的井上成美。这无形中为美军增加了一点优势。
珊瑚海海战结束之后， 美国人意识到了自己在飞机和飞行员素质上，全面落后于日军。于是奋起直追。而日本方面，则更加加深了对盟军作战水平低下的成见，由此所带来的过度膨胀的自信使日军上下坚信在不久之后就要展开的航母大战中日军将必定战胜美军。
在战果上，日军击沉一艘航母，一艘驱逐，重创一艘航母；而日军自身仅损失了一艘驱逐舰和一艘较为老旧的轻型航母。毫无疑问日军取得战术上的胜利。
然而在战略上，日军海上进攻莫尔兹比港的计划被美国挫败，美国和澳大利亚之间的海上运输线路并没有被中断。虽然约克城号从战场上撤退后，美国人将该地区拱手让给了对手，但日军已经被迫中止了原本的作战计划。更重要的是，五航战的飞机和大量有经验的飞行员折在了珊瑚海。直接使不久后中途岛海战的战力比由6:4变成了4:3。并为美国最终取得中途岛的胜利打下了基础。
