1941年（昭和16年）4月10日に日本海軍が第一航空艦隊（司令長官南雲忠一中将）を新編すると、一航戦は第二航空戦隊・第四航空戦隊と共に編入された。第一航空艦隊司令長官が一航戦司令官を兼任した。太平洋戦争開戦後、真珠湾攻撃、ラバウル攻略作戦、蘭印作戦、セイロン沖海戦などに参加した。1942年（昭和17年）4月10日、機動部隊の護衛をになう第十戦隊が編制されると、一航戦は空母だけの部隊となった。