Die drei Träger der Yorktown-Klasse wurden nach ihrer Indienststellung der US-Pazifikflotte zugeteilt und von Häfen an der Westküste eingesetzt. Bis zum japanischen Angriff auf Pearl Harbor nahmen die Träger zumeist an Flottenmanövern teil, nach Ausbruch des Krieges bildeten die "Yorktown", die "Enterprise" und die "Hornet" zusammen mit der "Lexington" und der "Saratoga" das Rückgrat der US Navy im Pazifikkrieg. Von der "Hornet" starteten die B-25-Bomber zum Doolittle Raid auf Tokio, die "Enterprise" gab der "Hornet" während der Operation Deckung. Die "Yorktown" nahm an der Schlacht im Korallenmeer teil und wurde dort durch Bombentreffer schwer beschädigt. Die Schäden konnten aber in Rekordzeit im Dock in Pearl Harbor wieder behoben werden, so dass sie an der Schlacht um Midway teilnehmen konnte. Die "Yorktown" sank dann aber am 7. Juni 1942 nach der Schlacht nach mehreren japanischen Torpedotreffern. Ihr Schwesterschiff "Hornet" sank am 27. Oktober ebenfalls nach mehreren japanischen Torpedotreffern in der Schlacht bei den Santa-Cruz-Inseln. Nach dem Verlust der beiden Träger war die "Enterprise" zeitweise der einzige einsatzbereite Flugzeugträger der US-Marine im Pazifik. Die Verwundbarkeit gegenüber Torpedos, die zum Verlust der beiden Schwesterschiffe geführt hatte, wurde während umfangreicher Umbauten im Jahr 1943 verringert, zudem wurde die Flugabwehrbewaffnung aufgrund der erhöhten Bedrohung durch japanische Flugzeuge verstärkt. Die "Enterprise", die an fast allen Schlachten des Pazifikkriegs teilnahm, war zu Kriegsende das am höchsten dekorierte Schiff der Marine. Sie wurde am 17. Februar 1947 außer Dienst gestellt. Versuche, die "Enterprise" als Museumsschiff zu erhalten, scheiterten aus finanziellen Gründen, so dass sie schließlich zwischen September 1958 und März 1960 verschrottet wurde.