El 23 de julio de 2001, de nuevo con el CVW-11, el "Carl Vinson" zarpó a toda marcha de Bremerton, Washington, al golfo Pérsico como apoyo en la operación Southern Watch. Esto cambió bruscamente el 11 de septiembre de 2001, mientras la nave rodeaba la punta de la India. Como respuesta a los ataques terroristas en suelo estadounidense, el "Vinson" cambió de curso y se dirigió al norte del mar Arábigo, en donde el 7 de octubre de 2001 lanzó su primer ataque aéreo como apoyo a la operación Enduring Freedom. Por 72 días, el portaaviones junto al CVW-11, lanzó más de 4,000 ataques rápidos en la Guerra contra el terrorismo, ganando la Medalla Expedicionaria de la Guerra Global contra el Terrorismo. Ganó también la condecoración Battle E and Navy Unit durante ese despliegue. A mediados de diciembre, el portaaviones comenzó el viaje de vuelta a casa, deteniéndose brevemente en Pearl Harbor, Hawái, para comenzar un viaje de crucero ofreciéndole a las familias de los tripulantes la oportunidad de viajar en el barco hacia su puerto en Bremerton, Washington, llegando ahí el 22 de enero de 2002. En abril, el barco fue revisado, zarpando en septiembre para unas mejoras post reajuste. Durante este tiempo fueron instalados varios sistemas operativos nuevos, y la cubierta de vuelo y las catapultas fueron totalmente renovadas. Numerosos espacios diversos y áreas de vivienda para la tripulación fueron completamente restaurados, mejorando drásticamente las condiciones de trabajo y de vida de la tripulación. Completando este periodo de mantenimiento/revisión en tiempo récord, el USS "Carl Vinson" y su tripulación se pusieron en marcha en septiembre para realizar ensayos en el mar.