1942年春季，根据美日双方的战略计划，珊瑚海成为太平洋的主要作战地区。珊瑚海是太平洋西南部海域，位于澳大利亚和新几内亚以东，新喀里多尼亚和新赫布里底群岛以西，所罗门群岛以南，日军若控制了这一地区，便可拥有坚固的海空军基地，进而威胁同盟国的主要反攻基地——澳大利亚。
日本海军部计划，第二阶段第一期作战的主要目标是攻占莫尔兹比港。莫尔兹比港位于新几内亚东南部的澳大利亚海，空军基地，是澳大利亚北部海域的重要战略基地。
日军夺取莫尔兹比港的企图在于，占领该基地既能保护拉包尔以及新几内亚的己方军事要地，又可使澳大利亚北部的盟军航空基地不能发挥作用。这样，日军进攻新喀里多尼亚、斐济群岛和萨摩亚诸群岛时，翼侧就有了保障。
1942年年初，日军在第一阶段作战中曾尝试过攻占莫尔兹比，但没有成功。当时，日军大本营签发了攻占该要地的作战指令，规定陆海军协同攻占新几内亚东部的莱城、萨拉马瓦，尔后攻占莫尔兹比。
同时，海军可趁机进占图拉吉岛，以切断所罗门群岛南部的瓜达尔卡纳尔水道，并建立航空基地，掩护莫尔兹比作战的翼侧并为尔后向东南方向前进提供支援。
该战役的目的是，攻占英属新几内亚东部要地和所罗门群岛要地，切断澳大利亚本土与这些要地的联系，同时控制澳大利亚本土的北部海域。
3月8日，日军登陆占领莱城和萨拉马瓦，但是，由于日海军航空母舰主力转向印度洋作战，日军未及时掌握西南太平洋的制海权。两天后，日本一支护航运输船队遭到美国航空母舰舰载飞机的猛烈轰炸，损失半数舰船。日本遂暂停对莫尔兹比港的进攻。直到4月，日本海军主力回师太平洋战场，准备实施第二阶段进攻战之后，日本才决定于5月10日前后再次实施对莫尔兹比港的占领。
日海军中将井上成美指挥的第四舰队受领了这一任务。登陆部队为陆军南洋部队抽调的5000人，由第五十五师步兵指挥官崛井富太郎少将指挥，该部队拥有100台车辆和1000匹马。参战的海军兵力为第四舰队主力，包括第六、第五、第十八、第十九战队，第六水雷战队和海军陆战队一部，以及海军岸基航空兵第五空袭部队。
为了与进至西南太平洋的美国航空母舰部队抗衡，日本特派出第五航空母舰战队的重型航空母舰“翔鹤”号与“瑞鹤”号，以及联合舰队的轻型航空母舰“祥凤”号前来加强第四舰队。舰队总计拥有航空母舰3艘、巡洋舰11艘、驱逐舰15艘，以及炮舰、驱潜舰、扫雷舰、运输舰等60余艘。此外，还有岸基飞机70余架和舰载飞机137架为战役提供空中掩护。
1942年4月23日，第四舰队下达作战命令，规定：“5月上旬陆海军部队协同攻占并确保莫尔兹比；海军部队攻占并确保图拉吉岛及新几内亚东南部要地；在上述地区和岛屿建立航空基地，加强对澳大利亚的空中作战。上述作战完成后，继续以一部兵力袭击吉尔伯特群岛的瑙鲁岛和大洋岛，确保磷矿资源。”
该命令规定作战时间顺序为：5月3日攻占图拉吉，5月10日攻占莫尔兹比，5月12日攻占新几内亚东南角的萨马赖岛，5月15日攻占吉尔伯特群岛的瑙鲁岛和大洋岛。
第四舰队的作战计划是，以1.2万吨轻型航空母舰“祥凤”号为主组成海上掩护部队，首先支援图拉吉岛的登陆作战，尔后转向西进，前去支援进攻莫尔兹比港的部队。后者预定从拉包尔出发，经约马德水道，绕过新几内亚岛东端，驶往莫尔兹比港。
日军除对上述两地的登陆战组织直接掩护外，还以航空母舰“翔鹤”号与“瑞鹤”号为主力组成机动突击部队，从特鲁克南下，前去截击美军任何企图阻止登陆的部队。作战代号为“MO”，所有参战兵力统称为“MO”特混舰队。
由于破译了日本海军的密码，美国获取了有关日军作战意图方面的详细可靠情报。4月上旬，美国太平洋舰队情报部门向海军部报告：
日军在印度洋的作战任务已告结束，舰队正返回国内基地；日军没有进攻澳大利亚的打算；日军将很快发动夺取新几内亚东部的作战；随后日军将在太平洋地区发动更大规模的作战，并动用联合舰队的大部兵力。
4月中旬，新的情报表明，日军运输船队很快将在轻型航母“祥凤”号和重型航母“瑞鹤”号、“翔鹤”号的支援掩护下进入珊瑚海。
据此，太平洋舰队司令尼米兹海军上将判断，日军将首先拿下瓜达尔卡纳尔岛北面的小岛图拉吉，作为海上预警机的基地，战斗可能在5月3日打响。
对于日军准备发动莫尔兹比之战的企图，美军非常重视。盟军固守莫尔兹比港，不仅对澳大利亚的安全是至关重要的，而且该港作为将来反攻的跳板也是不可缺少的。
尼米兹和麦克阿瑟认为，倘若日军的企图得逞，不仅澳大利亚的防卫会变得困难起来，而且南太平洋的海上交通也将面临很大威胁。况且，西南太平洋战区总司令麦克阿瑟，已计划将新几内亚东南部山区一线作为保卫澳大利亚及今后反攻的战略前沿。因此，两位总司令一致认为，必须制止日军的进攻。
然而，要集结足够的兵力对付日军对莫尔兹比的威胁并非易事。驻西南太平洋的美国分舰队仅有驱逐舰和巡洋舰。“萨拉托加”号航空母舰1月份被鱼雷击伤，仍在美国西海岸西雅图附近的普吉特海峡进行修理；“企业”号和“大黄蜂”号航空母舰空袭东京后，4月25日前还未回到珍珠港。这2艘军舰虽然正在尽速返航，但难以如期赶到珊瑚海。陆军航空兵虽有200架左右各式飞机分布在莫尔兹比和澳大利亚东北部地区，但这些飞机必须对付日军岸基航空兵的攻击，同时也不具备支援海上作战的能力。
4月中旬，尼米兹下令：正在西南太平洋海域执行任务的第十七特遣舰队迅速补充油料和兵员，于4月底以前返回珊瑚海准备战斗；正在珍珠港的第十一特遣舰队迅即向西南太平洋移动，于5月1日与第十七特遣舰队在珊瑚海会合。这两支航空母舰编队均由第十七特遣舰队指挥官弗莱彻海军少将统一指挥。
同时，珊瑚海的一支澳大利亚巡洋舰分舰队也奉命接受弗莱彻的指挥。这样，美国海军在珊瑚海战区拥有2艘航空母舰、7艘重型巡洋舰、1艘轻型巡洋舰、13艘驱逐舰，以及其他各类舰只共计30艘，舰载飞机143架。分编为突击大队、支援大队以及航空母舰大队。
为进一步加强西南太平洋地区的兵力，尼米兹于4月底命令刚刚返回珍珠港的“企业”号和“大黄蜂”号航空母舰立即开赴西南太平洋。其设想是，如果日军进攻推迟，美军将以4艘航空母舰的优势兵力参加战斗。
1942年4月底，日军开始了以图拉吉岛、莫尔兹比以及吉尔伯特群岛的瑙鲁岛和大洋岛为目标的作战行动。首先攻打图拉吉岛，以确保主力对莫尔兹比的进攻。
4月28日和29日，攻占图拉吉岛的先头警戒部队从拉包尔基地出发。4月30日，第四舰队第十九战队主力，搭载4个营的海军陆战队及设置基地的人员和物资从拉包尔出发。4月30日和5月1日，担任海上支援任务的第四舰队第六战队和担任机动作战任务的“MO”部队主力第五战队，先后从加罗林群岛的特鲁克基地出发南下，前去同第十九战队会合，夺占预定目标。
获悉日军的动向和企图后，美军第十七和第十一航空母舰编队于5月1日在珊瑚海东南海域筹结，并加紧了对这一海域的空中侦察。5月1日，美侦察机发现了日军舰队的海上行动，将这一情况通知图拉吉岛。该岛守军兵力薄弱，仅驻有50名澳大利亚军人，难以固守，遂于2日炸毁岛上设施后撤离。日军陆战队于5月3日凌晨开始登陆，未遭抵抗即占领图拉吉岛，下午8时以前，完成该岛水上侦察机基地的设置工作。
弗莱彻将军得知日军已在图拉吉登陆，于是留下“列克星敦”号航空母舰编队补充燃料，率领“约克城”号航空母舰编队北上。5月4日晨7时，该编队在保持无线电静默的情况下，秘密抵达瓜达尔卡纳尔岛西南约100海里的海面。
在此之前，6时30分，“约克城”号上的鱼雷机和俯冲轰炸机飞向图拉吉岛，对该岛开始了长时间的轰炸。至中午，美军以损失3架飞机的代价，击沉日军驱逐舰1艘、运输舰1艘、扫雷艇2艘，击伤其巡洋舰、驱逐舰、运输舰各1艘。尔后美舰返航南下。
得知图拉吉岛遭美军舰载机空袭的消息，日军第六战队急忙南下支援，4日晚12时，抵达所罗门群岛的新乔治亚岛附近。此时美舰早已撤出战斗，第六战队遂反转北上，准备在5日晨以“祥凤”号航母的攻击机在图拉吉岛西南海面搜索美军舰队。后因天气恶劣飞机返回困难而取消这一计划。同时，日军机动部队也沿所罗门群岛东面南下，搜索美舰，一无所获，遂于6日晨绕过所罗门群岛南端，进入图拉吉岛南部海面。至此，图拉吉岛作战结束。
尽管图拉吉岛的日军遭到美军舰载机的攻击，“MO”特混舰队司令官井上成美仍在5月4日11时下令：
各部队按既定计划于当日14时以后转向对第二个目标——莫尔兹比的进攻。
由于莫尔兹比是“MO”舰队作战的首要目标，因此，除了图拉吉岛之战中受损舰船以及部分准备转用于瑙鲁岛、大洋岛方面作战的舰船外，参加“MO”行动的主力将全部投入莫尔兹比作战。
日军兵分两路：一路是莫尔兹比作战部队，由负责直接攻击的第六水雷战队和负责海上支援与掩护的第六战队、第十八战队组成；另一路是对珊瑚海的美国航空母舰特遣舰队进行警戒的机动突击部队——第五战队和第五航空母舰战队。参战舰船总计46艘。
5月4日，日军攻击舰队和掩护舰队奉命分别从拉包尔、图拉吉岛向新几内亚岛东南角的路易西亚德群岛附近集结，预定7日黄昏进入珊瑚海。
5月6日黄昏，美军警戒飞机发现正在路易西亚德群岛附近集结的日军舰队。美军航空母舰特混编队接到报告后，于7日2时进入南纬14度3分、东经156度25分的位置，距西北方向的日军舰队约310海里。之后，连夜向西北方向移动，准备展开攻击。与此同时，日军机动舰队搜寻美舰未成，于7日1时15分南下，7日晨6时抵达南纬13度20分、东经158度的地点。
5月7日清晨，位于路易西亚德群岛附近的日军莫尔兹比突击舰队与东南方相距约400海里的机动舰队各自派出侦察机搜寻美军舰队。7时53分和8时20分，日军机动舰队收到两份敌情报告：在南面和西面均发现包括1艘航母在内的美军舰队。
机动舰队指挥官原忠一少将据此判断，美军有2支航母舰队。他决定先攻击南面的舰队，再转向西面。日军舰载机在搜索南面时，误将美军的1艘油船和1艘驱逐舰当作航母编队，结果炸沉驱逐舰，炸伤油船。与此同时，日军支援舰队运载莫尔兹比登陆队前往约马德水道。
实际上，美军袭击图拉吉岛的“约克城”号航空母舰编队返航后，弗莱彻将军即于5月6日将两个编队编在一起。7日拂晓，该特混编队在新几内亚岛东端路易西亚德群岛以南海域航行，航向西北。
将近7时，弗莱彻将军命令克雷斯海军少将指挥的2艘巡洋舰和3艘驱逐舰向西北方向搜索前进，截击日军经过约马德水道进攻莫尔兹比港的登陆部队，航空母舰编队转而向北航进，并派出侦察机搜寻日舰。
8时15分，侦察机报告发现2艘航空母舰和4艘重型巡洋舰。弗莱彻认为这就是日军的机动突击舰队，下令全速接近目标。9时26分，“列克星敦”号抵至目标所在地的东南面约160海里处，其飞机起飞半小时后，“约克城”号上的飞机也开始起飞。至10时30分，两舰起飞飞机共93架，另47架留作预备队和担负空中警戒。
美军突击机群刚出动，侦察机便返回。弗莱彻获知，由于密码译错，日军支援舰队被误认为是日军航母机动突击舰队。不久弗莱彻又接到侦察报告，在突击机群前去攻击的目标东南35海里处，发现1艘日军航空母舰及数艘其他舰只。美军突击机群即对航向稍加修正，向新目标飞去。
11时许，美机开始轰炸日舰，93架飞机对日军航空母舰“祥凤”号展开轮番轰炸。首次突击就有13颗炸弹和7颗鱼雷命中目标。11时31分，日军下达弃船命令。5分钟后，“祥凤”号航空母舰沉入海底，舰上的21架飞机损失了18架。航母附近的1艘日军重型巡洋舰也被击沉。13时38分，美军飞机全部安全着舰。
下午，飞行条件恶化，能见度降低，不便实施突击。此外，日军显然已确定美国航空母舰的位置。为免遭日舰袭击，弗莱彻决定，由岸基飞机确定日军机动突击舰队的位置，航空母舰编队则趁夜暗向西驶去。
“祥凤”号航母沉没后，“MO”特混舰队司令官井上成美下令：运输船队向北方退避；机动舰队迅速接敌实施攻击；第六战队和第六水雷战队于当夜对美舰队实施夜战。日军航空母舰机动舰队接到命令后，于15时15分以后向西疾驶。2小时后，“翔鹤”号和“瑞鹤”号航空母舰不顾日落后飞机难以飞回的危险，放飞27架俯冲轰炸机和鱼雷机，向西搜索、攻击美国航空母舰，希望在美舰再次袭击日军登陆部队之前将其击沉。
然而，由于天气不良，能见度较低，日机飞临美舰队附近却未发现目标。美国舰队则借助雷达发现了日机，立即起飞战斗机进行截击，交战15分钟，击退日机。这次出击的日机中，10桨被击落，另11架着舰时堕入大海，27架飞机只有6架安全返航。
5月7日20时40分，鉴于美军舰队的威胁，日军舰队总司令井上成美再次发布命令：取消第六战队和第六水雷战队的夜战任务；对莫尔兹比的进攻推迟2天；机动舰队准备8日天亮后与美军舰队展开海上决战。
至此，双方指挥官都已知道对方的大概位置，并考虑过以水面舰艇实施夜间攻击，但都没有付诸实施，因为交战近在咫尺，双方都怕损失各自的重型巡洋舰，削弱自己的警戒兵力。因此，决定珊瑚海海战结果的航空母舰之间的决战遂于第二天进行。
5月8日的决战是在旗鼓相当的条件下进行的。双方各有2艘航空母舰，美军有121架飞机，日军有122架。美军在轰炸机方面占优势，日军则在战斗机和鱼雷机方面占优势。此外，日军还处于有利的地理位置：美军航母编队经过彻夜南行，8日已进入天朗气清的平静海域，而日军舰队仍在风雨交加、云雾笼罩的海域活动。
凌晨，双方派出侦察机进行搜索。8时刚过，双方侦察机几乎同时发现对方。9时10分，日军2艘航母起飞69架飞机南下攻击。9时至9时25分，美航空母舰也先后出动俯冲轰炸机、战斗机、鱼雷机82架，双方舰队相距约175海里。
10时30分，美军俯冲轰炸机群发现日本航空母舰编队正向东南方向行驶。该编队以疏开队形航进，2艘航空母舰之间相距8海里，各由2艘重型巡洋舰和驱逐舰护航。就在美军轰炸机借助积云的掩护等待鱼雷机到来的时候，“瑞鹤”号航空母舰已消失在暴风雨之中，于是，“翔鹤”号成为美机的唯一攻击目标。
11时后，美军轰炸机和鱼雷机对“翔鹤”号发起攻击。由于缺乏协调作战的经验，美机未能发挥数量上的优势，盲目的轰炸，鱼雷偏离目标很远，只有2颗炸弹击中目标，“翔鹤”号的飞行甲板上燃起大火。
10多分钟以后，“列克星敦”号的飞机赶到，但由于积云较厚，22架轰炸机未能发现目标，只有11架鱼雷机和4架轰炸机发现了日舰。美军鱼雷机进攻速度慢，再次失败，只有1架俯冲轰炸机对“翔鹤”号又投中1颗炸弹。“翔鹤”号飞行甲板损坏，已不能收容飞机，失去了作战能力，遂奉命返回特鲁克。美军损失43架飞机。
其间，日机也对美军舰队展开攻击，69架飞机分成3个机群，其中2个是鱼雷机群，1个是轰炸机群。这些日机离美舰还有70海里时，就被美军雷达发现，但是在日机发起攻击之前，美军只有3架战斗机升空拦截，未起作用。此外，美军的2艘航空母舰虽同在一个环形警戒序列之中，但规避运动逐渐加大两舰之间的距离，警戒舰也随之一分为二，警戒能力随之削弱。
日机迅速抵近“列克星敦”号航空母舰，朝其左舷和右舷投掷鱼雷，实施两面夹击。其中2颗鱼雷击中该舰左舷，3个锅炉舱进水。“列克星敦”号试图规避，但由于吨位大，机动能力差，躲闪不及，又遭到2颗炸弹的攻击。但该舰主机未受损伤，航速可达24节，仍可使用。
到中午，“列克星敦”号的一台发电机冒出的火花，点燃了被鱼雷打坏的舰底油箱渗出的油料，引起爆炸。晚22时，弗莱彻将军命令驱逐舰将受重创的“列克星敦”号航空母舰击沉。
在“列克星敦”号之后跟进的“约克城”号航空母舰同样受到日机的注意。但该舰较小，转舵灵活，成功地避开了日机发射的鱼雷，仅中炸弹1颗，战斗力并没有受到多大削弱。
美军开始回收返航飞机时，2艘航空母舰虽然受创，但均能使用。而日本航空母舰“翔鹤”号已丧失战斗力，“瑞鹤”号容纳不下两舰的飞机，只好将许多飞机抛入大海。日军能用于作战的飞机仅剩9架，而美军尚有37架攻击机和12架战斗机可以作战。但是，由于“列克星敦”号航空母舰发生爆炸，美军没再发动攻击，奉命退出战斗，乘夜南下。
“MO”舰队司令井上成美下午接到战况报告：美军2艘航空母舰遭到致命打击，“列克星敦”号确已沉没，“约克城”号很可能沉没；日方飞机几乎都中了弹，暂停第二次航空攻击。据此，井上成美认为日军并未掌握制海权和制空权，同意舰队停止作战行动，并下令无限期推迟对莫尔兹比的进攻，同时命令各有关部队做好攻占瑙鲁和大洋两岛的部署。
日本本土的联合舰队和大本营海军部，均不同意井上停止作战以及延期攻占莫尔兹比的安排。结果由山本五十六向第四舰队发出“应继续追击，歼灭残敌”的电令。遵照联合舰队的命令，“MO”舰队再度南下追击美军舰队，但是美舰早已失去了踪影。9日下午，联合舰队见战机已失，只好下令将莫尔兹比作战延期至7月份第二阶段第三期再行实施。
