בשנים שלפני מלחמת העולם השנייה הפך צי ארצות הברית לכוח ימי משמעותי, לאחר ששב לתוכנית של בניית אוניות מערכה החל מ-1937. הצי הקיסרי היפני ניסה להשמיד איום זה כאשר תקף בהפתעה את בסיס הצי בפרל הארבור ב-7 בדצמבר 1941. בהתקפה הוטבעו חמש אוניות מערכה ושתיים ניזוקו, אך היעדרן של אוניות המערכה הביא לריכוז קבוצות הקרב של הצי סביב נושאות המטוסים, שלא נפגעו בהתקפה, והן הפכו לאוניות הראשה של הצי. במהלך המלחמה גדל הצי מאד, בשל הצורך להילחם בשתי חזיתות: באוקיינוס האטלנטי ובאוקיינוס השקט. באוקיינוס השקט התבססה האסטרטגיה של כוחות בעלות הברית, "דילוג איים", על יכולותיו של הצי. צי ארצות הברית לחם בשורת קרבות מכריעים, ובהם קרב ים האלמוגים, קרב מידוויי, המערכה באיי שלמה, קרב ים הפיליפינים, קרב מפרץ לייטה, אחד הקרבות הגדולים בהיסטוריה הימית וקרב אוקינאווה. עד 1943 כבר היה גודלו של צי ארצות הברית כגודלם של כלל ציי המלחמה האחרים בעולם גם יחד. עד סוף המלחמה נוספו לצי מאות אוניות מלחמה, ובהן 18 נושאות המטוסים מסדרת אסקס, 8 אוניות מערכה, ויותר מ-70% מכלל אוניות המלחמה בעולם, שההדחק שלהן עולה על 1,000 טון. ביום הניצחון על יפן פעלו במסגרת הצי 6,768 אוניות.