珍珠港事件爆发时，约克城号正在诺福克海军基地进行训练，甲板上搭载了两架陆军的B25中型轰炸机，以测试陆基军用飞机是否能从航母甲板上顺利起飞，很快这项技术就被派上了用场。1942年3月4日，大黄蜂号从诺福克起航，穿过巴拿马运河，在经过旧金山时，甲板上多了16架B-25,以及以詹姆斯.杜立特为首的135名陆军飞行员和辅助地勤人员，4月2日，在文森斯号重巡洋舰和纳什维尔号轻巡洋舰等6艘军舰的护送下离开旧金山，进入了苍茫的太平洋，一路向西，当天在大黄蜂号上的作战会议室里，杜立特中校宣布了这项绝密任务的内容：轰炸东京11天后，大黄蜂号和从中途岛赶来的企业号汇合，组成了第16特混舰队，按照计划，特混舰队在行驶到距离日本本土海岸400海里时，B25从大黄蜂号上起飞，同时由企业号上的舰载机提供空中掩护，飞往日本本土，轰炸后B25编队并不返回航母降落，而是继续向西在我国浙江沿海降落。
4月18日凌晨，一艘日本武装渔船发现了特混舰队，护航的纳什维尔号一马当先，迅速开炮驱逐了这艘日本船只，但毫无疑问的是，特混舰队已经被发现，所有B25必须立刻起飞，此时距离日本海岸尚有600海里，在请示特混舰队司令哈尔西后，大黄蜂号开始逆风行驶，30英尺高的巨浪使得船体颠簸不已，到了9点20分，所有B25均顺利起飞，在杜立特驾驶的长机率领下，向日本本土飞去。
12点30分，他们抵达了日本本土上空，对东京，名古屋，大阪和神户进行了轰炸，所有16架B25,除了一架飞往苏联，迫降海参崴之外，其他都顺利抵达了中国，但是由于起飞过早，飞机燃料耗尽，因联络原因，中国方面的无线电导航也没有落实，15架B25在中国浙江，江苏相继迫降，75名机组人员中，3人在迫降时遇难，8人不幸被日军俘虏，其中3人惨遭日军杀害，1人病死狱中，其余68人最终生还。
刚刚完成空袭日本本土壮举的大黄蜂号，立刻参加了珊瑚海海战，5月26日返回夏威夷，仅仅两天后，它就再次起锚，参加了举世闻名的中途岛之战。上午7点02分，在判定了日本机动部队航母的大致位置后，果断的特混舰队司令斯普鲁恩斯就下令出击，15架TBD-1蹂躏者鱼雷攻击机，35架SBD-无畏者式俯冲轰炸机在10架F4野猫战斗机的掩护下，从大黄蜂号上起飞，6月4日8点52分左右，正当南云忠一四艘航母上的勤务人员还在手忙脚乱地给飞机换装鱼雷炸弹并加油的时刻，美国飞机已经飞临了它们头上。
大黄蜂号上起飞的SBD无畏者以及F4野猫因为导航问题没有赶到，但15架TBD-1却在丝毫没有掩护的情况下，对日本航母编队发动了决绝的攻击，行动迟缓的鱼雷机顿时成了日本军舰防空炮火和零式战斗机的靶子，所有飞行员中，只有乔治.H.盖伊一人幸存。然而，他们的牺牲并不是毫无意义的，几波鱼雷机成功地把护航的零式战斗机拖在了低空，上午10点20分，从企业号上起飞，由麦克拉斯基少校指挥的37架SBD终于赶到了，此时日本联合舰队所有舰载飞机都在航母甲板上，准备起飞，对美国特混舰队发起进攻，接下来的情节大家都非常熟悉，联合舰队的赤诚，加贺，苍龙三艘航母被击沉，唯一幸存的飞龙号出动飞机，重创了约克城号航母，但到了下午2点45分左右，从企业和大黄蜂号上起飞的41架SBD就寻迹而来，将飞龙号重创。
6月6日，大黄蜂号又对逃窜的日本联合舰队进行了持续追击，从大黄蜂号上起飞的轰炸机，击沉了三隅号重巡洋舰，重创了最上号重巡洋舰1942年8月17日，大黄蜂号起航前往瓜达尔卡纳尔岛附近，对岛上的海军陆战队进行空中支援，并保护海上运输线。10月26日，大黄蜂号和企业号一起，参加了圣克鲁斯海战，从大黄蜂号上起飞的舰载轰炸机重创了日本主力航母翔鹤号和筑摩号巡洋舰，然而在凌晨6点40分，一批日本99式舰载俯冲轰炸机发现了美国航母的踪迹，企业号及时躲入附近的雷雨区，幸免于难，大黄蜂号则不幸变成了日本轰炸机集中攻击的目标，它们冒着美国舰载战斗机的拦截开始俯冲轰炸，一枚炸弹先命中了大黄蜂的飞行甲板后部，另一架轰炸机在被防空火力击伤后，一头撞在大黄蜂的飞行甲板上，两枚未投掷的炸弹发生了爆炸，随后，日本鱼雷机也投入了战斗，两枚鱼雷击中了轮机舱，大黄蜂号舰体倾斜超过8度，舰员们一边救火，一边迅速呼叫其他军舰。
诺斯安普顿号巡洋舰迅速赶来，拖曳着大黄蜂，以8节的速度缓缓撤退，但到了下午，日本舰载机对大黄蜂号又发动了一轮攻击（日方把刚刚扑灭大火的大黄蜂当作了另一艘美国航母），大黄蜂又吃了一枚炸弹和四条鱼雷，无奈之下，舰长命令弃舰。下午五点，护航的驱逐舰麦斯廷号和安德森号奉命，奉命击沉已经遭到严重破坏的大黄蜂号，然而两舰的四百多发炮弹和全部鱼雷，依旧没有把它击沉，凌晨1点35分，赶来的日本驱逐舰向它发射了4枚鱼雷，终于让这艘顽强的航母沉入海底。
