双方兵力分析
美军
总指挥：法兰克·杰克·弗莱彻将军
第17特混编队。其兵力部署是：
突击大队，编成由5艘巡洋舰（明尼阿波利斯号、新奥尔良号、阿斯托尼亚号、切斯特号、波特兰号）和5艘驱逐舰（费尔普斯号、杜威号、法拉格特号、艾尔温号、莫纳根号）组成，由金凯德海军少将指挥。
支援大队，编成由3艘巡洋舰（澳大利亚、芝加哥号、霍巴特号）和2艘驱逐舰（帕金斯号、沃尓克号）组成，由格雷斯海军少将指挥。
航空母舰特混大队，编成由2艘航空母舰（“列克星顿号舰长弗雷德里克·谢尔曼海军上校，“约克城号舰长艾略特·布克马斯特海军上校）和4艘驱逐舰（莫里斯号、安德森号、汉曼号、拉塞尔号）组成，由奥布里菲奇海军少将指挥。
突击大队和支援大队的巡洋舰和驱逐舰为两艘航空母舰组成环形警戒幕。
日军
总指挥：井上成美海军中将
司令部设在特鲁克
直接掩护部队由轻型航空母舰“祥凤”号航母，4艘重巡洋舰“青叶”、“加古”、“衣笠”、“古鹰”号，及1艘驱逐舰组成，由后藤有公海军少将指挥。目的是，于4月28日搭载着陆军南海支队从拉包尔出发，首先支援图拉吉登陆作战，尔后转而西进，前去支援莫尔兹比的登陆作战；
机动部队由第5航空母舰战队的2艘大型航空母舰“瑞鹤号、翔鹤号和第5战队的3艘重巡洋舰“妙高”号、“羽黑”号和“足柄”号及6艘驱逐舰组成。由高木武雄海军中将指挥，航空母舰的航空兵作战由原忠—海军少将指挥。
目的是，分别于4月30日和5月1日从特鲁克岛出发，支援莫尔兹比港登陆作战。
此外，还有驻在拉包尔的90余架“1”式陆上攻击机。
战役进程
5月6日，天空乌云密布，弗莱彻同格雷斯海军上将的重型巡洋舰和列克星敦号会合，一同加了油。珍珠港的最新情报表明，动用了两艘航空母舰负责空中掩护从而入侵莫尔斯比港的部队将于第二天穿过卢伊西亚德群岛。弗莱彻于是向西直驶珊瑚海。他此刻并不知道在那天下午已被一架搜索情报的日本水上飞机发现了。得知两艘美军航空母舰正前往截击入侵莫尔斯比港的日本船队的消息后，在拉包尔井上海军中将的司令部里几乎引起了恐慌。司令部紧急命令运输船停止前进。高木少将率领的以翔鹤号和瑞鹤号为主力的机动部队收到警报时正在瓜达卡纳尔以南加油，等到他准备好将距离缩小到可以发动空袭的时候，舰队碰到了厚厚的云雾。于是，他决定继续加油，等待天亮以后继续追逐。
5月7日4时许，由于已探测清楚美舰队的大体方位，日机动编队派出12架舰载机分为6组，在180度至270度方位之间，250海里距离内搜索美军。5时45分，向南搜索的日机报告：“发现敌航空母舰、巡洋舰各1艘”。6时至6时15分，先后从瑞鹤号起飞零式战斗机9架、轰炸机17架、鱼雷机11架，从翔鹤号起飞零式战斗机9架、轰炸机19架、鱼雷机13架，共78架战斗机向所发现的目标飞去。但到达目标上空才发现并不是美军的航母编队，而是6日下午与弗莱彻本队分手的尼奥肖号油船和西姆斯号驱逐舰，由于距离原因，看起来像是一艘航母和一艘巡洋舰。日突击机群飞临该队上空，发现不是航空母舰，于是在附近海面反复搜索两个小时，未能找到其他目标。其中的鱼雷机未进行攻击，9时15分开始返航，而36架俯冲轰炸机则于9时26分至40分间才很不情愿地对最初发现的目标进行了攻击，牛刀杀鸡就是这种感觉。西姆斯号被击中3颗250公斤的炸弹，其中有2颗在机舱爆炸，不到一分钟便沉入了大海。尼奥肖号被击中7颗炸弹，载着大火在海上飘了几天后沉没。
这时弗莱彻的美航母主力与油船分手后正在向西行驶，希望能够期拦截日军的登陆舰队，但美舰队犯了同样的错误：没有发现日军的舰群。黎明之后两个小时，列克星敦号上的一架巡逻机发回报告：“发现了两艘航母和四艘重巡洋舰”。弗莱彻以为这是日军的航母部队，便下令发起猛烈攻击。由列克星敦号派出俯冲轰炸机28架、鱼雷机12架、战斗机10架，由约克城号派出俯冲轰炸机25架、鱼雷机10架、战斗机8架，共计93架舰载机先后飞向目标。飞到目标上空之后，才发现是两艘轻巡洋舰和两艘炮艇，这是日军登陆的掩护部队，由于密码破解错误，被夸大成一支突击部队。但美军终于发现了被夸大了的舰队中值得攻击的目标：祥凤号航母。93架美国战斗机和轰炸机经过半个小时的轮番进攻，祥凤号已被13颗炸弹和7条鱼雷打中。井泽被迫下令弃舰。几分钟后，祥凤号沉没，只剩下海面上的黑烟和油污，这是日本海军在珊瑚海丧失的第一艘大型舰只。
5月7日上午，美日双方攻击舰队刚好处于可以相互打击的边缘，但双方都在探测目标上出现了失误，从而双双错过了先发治人的时机。相比之下美军犯下的错误更大，因为其出击的舰载机偏离了他们的对手达90度以上，但美军的收获更大，他们炸毁了一艘航母——祥凤号。日本联合舰队犯的错误令人惋惜，因为他们至少知道他们的主要目标大致位置。待第五航空战队想纠正错误的时候，就面临一个时间的问题：下午14时起飞，18时才能返航，而在当时的季节，日落的时间为16时，这是一个难以抉择的问题，但第五航空战队原忠一中将还是派12架轰炸机和15架鱼雷机14时15分离舰，向预想的目标飞去，此时已是黄昏时分，这些飞机实际上从美舰队上空飞过，但由于天气阴沉所以并没有发现目标，等到返航时才发现美舰队，但这些战机已抛掉了炸弹，并遭到美“野猫”战斗机的拦截。在暮色中，几架迷失方向的日本飞行员错误地试图在约克城号上降落。但由于识别信号不对，被高炮手发现并将其中的一架击落入海，另外几架慌忙逃入夜色。这使弗莱切也意识到，日海军航母就在附近，而决定这场海战结果的航空母舰之间的决斗必定在第二天进行。
在5月8日决战前的最后一个小时里，珊瑚海两百海里内四艘航母上进行着同样的准备工作，唯一不同的或许是食物：为美国飞行员发的是巧克力，而日本飞行员发的是米糕。侦察机都在日出前出发了。命运注定搜索的飞机几乎将同时发现彼此的目标。八时十五分，美军在北边的执行任务侦察机发回报告：敌人的航空母舰特遣舰队在列克星敦号东北约一百七十五英里的海面上以每小时二十五海里的速度向南行驶。仅仅几分钟以后，美国航空母舰的无线电台惊喜的收到了日本人的报告，但对方亢奋的情绪显然表明他们自己也被发现了。随后约克城号和列克星敦号共起飞15架战斗机、46架轰炸机和21架鱼雷机共82架飞机扑向日本舰队。一小时四十五分钟以后，美突击机队发现翔鹤号和瑞鹤号正向东南方向行驶，两艘航空母舰之间相距约八英里，各由两艘重型巡洋舰及驱逐舰护航。正当美国人利用宝贵的几分钟，在团团积云里组织进攻的时候，翔鹤号趁机出动了更多的战斗机，瑞鹤号则躲进下着暴雨的附近海域。向被严密防卫着的敌人舰队的航空母舰发起第一次进攻的美国飞行员，在面对真正的强敌时候还是乱了阵脚。鱼雷机和俯冲轰炸机被日军的零式战斗机冲散，且缺乏配合，在没有瞄准目标的情况下便仓促投弹，许多鱼雷射被进海里，只有两颗炸弹击中翔鹤号。翔鹤号飞行甲板上因油燃泄漏而起火。十多分钟以后，列克星敦号上的飞机赶来了，但由于天气原因并没有发现日军的战舰。美军进攻极其不利，只有十五架轰炸机好不容易发现了一个目标，但它们只有六架野猫式战斗机保护，很容易被零式战斗机冲散，鱼雷进攻再次失败，轰炸机又只投中一枚炸弹。然而，美国飞行员的报告却不是这样。泰勒上尉在第一次攻击之后乐观他说：“左舷首尾约五十至一百英尺、从吃水线到飞行甲板是一片火海……在发动进攻之后约十五分钟，最后看到这艘航空母舰时，火烧得很猛烈。据信它受到了非常严重的破坏，最后沉掉了。”
当进攻后所剩的43架美军飞机返航时，却发现对手能够发动更有效的进攻。由于有雷达，列克星敦号的战斗机指挥官在日军飞机远在东北方向七十多英里的空中时就能知道它们的到来，并派出战队机进行截击。但第5航空战队的69架舰载机在尚未受拦截之前已经率先分成了3个攻击队。日鱼雷机队首先飞临美舰上约克城号。由于该舰灵活地进行规避，日机的攻击未见明显效果。但是，由于环形警戒序列中的两艘航空母舰都在自行进行规避的结果，使这两舰之间的距离迅速拉大、警戒舰只也随之一分为二，从而削弱了对空防御，终于使日军找到了可乘之机。日机对约克城号左舷投射8条鱼雷，均被该舰避开。在随后轰炸机队开始对约克城号俯冲投弹。有一颗800磅的炸弹击中了该舰舰桥附近的飞行甲板，但仍能继续战斗。日鱼雷机队攻击列克星敦号时，成功地运用了夹击战术，从该舰舰首的两舷、15—70米高度、1000—1500米距离投射鱼雷。列克星敦号由于吨位较大，回圈半径较大，转弯相对不灵活，日机投射的13条鱼雷中有2条击中该舰左舷，使其锅炉舱有三处进水。列克星敦号正在紧急规避鱼雷时，日轰炸机队又开始对其进行攻击，又有2颗炸弹命中目标。这场遭遇战只持续十三分钟，日本人飞走的时候，兴高彩烈地报告他们替前一天祥凤号的失败报了仇，毫不含糊地击沉了一艘“大型航空母艘”和一艘“中型航空母舰”。
实际上，列克星敦号尽管由于被鱼雷和炸弹击中，产生7度横倾，但该舰调整燃油之后，恢复了平衡，继续接纳返航的飞机着舰。同时为战斗机加油加强制空。但由于燃油泄漏，列克星敦号舰内发生爆炸，并引起大火，火势迅速蔓延，以至无法控制。下午15时左右，舰长下令全体舰员弃舰。17时许，费尔普斯号驱逐舰奉命对其发射5条鱼雷，列克星敦号于17时56分沉没。已经降落到该舰的36架飞机也随之沉入大海。美第17特混舰队约克城号上虽然尚有轰炸机和鱼雷机27架、战斗机12架，但已入夜，弗莱切无意再战，遂率队撤离战场。第二天，瑞鹤号的飞行员为追击美舰再次进行侦察巡逻时，海上只有列克星敦号的残骸了。
珊瑚海战役是海战史上第一次航母之间的较量，也几乎是太平洋战争中最公平的一役，其中基本反映出双方的战斗力。它可以说是太平洋史诗最恰到好处的一个引子。如果联合舰队是第一或第二航空战队参加珊瑚海海战，那么约克城号很有可能就回不到珍珠港，这样中途岛对美国就太残酷了一点；如果美军没有自作聪明地去袭击东京，那么美国可以有四艘航母参加珊瑚海，虽不能保证完胜，但损失也不会到一艘航母那么严重，那么在中途岛战役中也就又少了一份精彩和一份悬念。这场短暂的海战造成翔鹤号受损、瑞鹤号严重减员，而第五航空战队的这两艘航母原本要参加中途岛战役，但经过珊瑚海一役之后已经无法实现了。珊瑚海海战的对随后太平洋战争进程的直接影响，就是用一艘航母的沉没换取了两艘航母不能参加中途岛战役。否则在中途岛美日航母的比例将是4比6，而不是3比4，而从1个月后的中途岛大战看，这种差别绝对是非常重要的。