美日海軍都在上世紀三十年代後期發現了飛機對軍艦的巨大威脅，防空便成為艦隊的重大任務。於是雙方都開始為軍艦研製射擊理論、與對海射擊完全不同的對空射擊武器，還初步摸清了艦載戰鬥機在艦隊防空領域的使用方法。當然，此時的防空武器和艦載戰鬥機實戰能力非常有限。
三十年代後期的美日戰列艦、航母、巡洋艦等大型艦船都裝備了對空射擊系統，但機槍/炮、炮彈、射擊管制裝備等都是初期產品，性能和作戰能力相差不大。此時的美國海軍已在大型作戰艦艇上安裝了早期對空雷達，只是沒有形成作戰指揮中心（CIC）。美日雙方都對戰鬥機防空戰法進行了探索，且無線電技術更先進的美國還利用無線電話指揮艦載戰鬥機進行了艦隊防空試驗。
美國“內華達”號戰列艦已有多部雷達
從珍珠港偷襲到二戰結束，航空戰絕對是太平洋戰爭的主要特點。戰爭爆發時兩國海軍在航空戰上都是新手，飛機使用、戰法運用都不熟練，但隨著實戰經驗不斷增多，新技術不斷引入，兩國以各自的方式提升了航空作戰能力。
這個階段有兩個特徵，一是美國海軍對空雷達已具備實戰能力，成為驅逐艦等大型戰艦的標配裝備；二是美國海軍戰艦設置了作戰指揮中心（CIC），實現對戰術情報的融合處理，還可通過無線電話指揮艦載機進行空中戰鬥巡邏（CAP），形成了遠距離防空能力。
對空射擊方面，可根據作戰指揮中心情報對眾多來襲目標進行危害評估，指揮單艦或艦隊防空火力，對高威脅目標進行集中射擊。對突破艦載戰鬥機防禦網的第幾，可利用127毫米炮、40毫米機炮、20毫米機炮組成遠、中、近無縫防空火力網，阻止其靠近戰艦。
有梯次的高射炮設置
日本海軍也在1942年引進了對空雷達，但在可靠性、適用性和探測能力方面均不如美軍，成為日本艦隊的一大軟肋。更糟糕的是，日本戰艦貧弱的雷達情報處理機制讓該弱點進一步惡化，日本海軍沒有建立起作戰指揮中心（CIC），不能對情報信息進行融合處理，仍然依靠艦橋/防空指揮所進行傳統的目標防空指揮。
裝備方面，美日在對空射擊指揮裝置（FCS）的電路使用等方面略有差別，但整體性能差不多。不過，美軍在對空射擊指揮裝置上安裝了射擊管制雷達，而日本海軍到二戰結束都沒有該雷達，自始至終僅依靠光學高角測距儀指揮射擊，打擊精度遠遠落後於美軍。
美軍新研製的防空炮
對空武器方面，美國海軍對武器型號進行了科學管理，對空火炮口徑集中於127毫米、40毫米和20毫米3種，構築了遠、中、近有序搭配的對空火力網。生產製造能力處於劣勢的日本海軍一直使用127毫米、100毫米、80毫米3類高射炮，火力雖強，但沒有形成梯次配置，反而成為弱點。
最有趣的是中口徑高射機炮。二戰之前，日本海軍認為毘式40毫米機炮口徑略大，不實用，於是購買了法國哈奇開斯公司25毫米機炮的生產許可，替換了毘式。美國海軍二戰之前使用的，是與法國25毫米機炮差不多口徑的28毫米機炮，但美國海軍認為口徑略小，不實用，於是決定改為40毫米機炮進行了改造並形成制式裝備。戰爭爆發前，美日海軍在中口徑高射機炮的選擇上正好相反，但後來的海戰實績證明，美國海軍的選擇是正確的。
美國海軍的體系防空理念
炮彈方面，美國海軍127毫米高射炮使用的是彈丸和藥筒分離的分裝式炮彈，彈丸重25千克，裝藥重16千克。日本海軍使用的是彈丸藥筒一體的定裝式炮彈，總重量34千克，其中彈丸23千克。兩種炮彈各有優劣，不過日本兵是一個人裝填重達34千克的炮彈，且日本人的體力比美國大兵差；美國兵由兩個人分別裝填彈丸和藥筒，平均負重日本兵輕，所以美國兵的持續作戰能力更強，炮彈發射速度更快。尤其是1942年下半年後，美軍開始使用VT近炸引信，在防空火炮系統方面進一步拉開了與日本的距離，將日本海軍遠遠甩在後邊。
1942年進行的珊瑚海海戰、中途島海戰、南太平洋海戰，充分體現了美日雙方艦隊防空體系能力，結果不難看出，中途島海戰之後，美國海軍擊落的日機數量急劇增多。原因有二，一是日本飛機防禦性能差；二是美軍防空裝備實力不斷提升，對空雷達和作戰指揮中心催生了戰鬥力，無線電指揮艦載機進行空中戰鬥巡邏的方式取得實效。南太平洋海戰後，美日之間又進行了馬里亞納海戰和坊之岬海戰，無論是對艦攻擊和艦隊防空，都以美軍壓倒性勝利告終。
馬里亞納海戰中，日海軍第1航空戰隊出動128架戰機，被擊落99架，戰損率77%；美國海軍出動226架戰機，被擊落20架，戰損率9%。在臺灣海域空戰中（夜間作戰為主、晝間作戰為輔），日本出動470架戰機，被擊落298架，戰損率63%，證明了美國海軍的晝夜防空作戰能力顯著提升。美國海軍的防空戰力之所以發展迅速，是因為其視日海軍航空部隊為最大威脅，對南太平洋海戰之前的防空作戰進行了細緻分析，深刻吸取教訓，將應對措施融入了武器研發之中，實現艦隊武器裝備的體系化和量產化，並與制衡戰法相結合，使戰鬥力倍增。
日軍在捷號作戰後進行的航空特別攻擊（特攻）在沖繩海戰時已經規範化、制度化，但美國海軍沒有對特攻隊作戰看作海軍艦隊間的作戰，而把特攻隊視為陸上航空部隊進行反擊。美國海軍採取遠程探測、域外攔截的方式抗擊特攻隊，他們派擁有對空雷達或高角探測雷達的驅逐艦前出，部署於特攻隊航路，發現目標後通過無線電指揮艦載戰鬥機進行遠程攔截，構建了大縱深艦隊防空體制，直戳特攻隊軟肋，所以特攻隊看似勇猛，卻戰果少、損失重。
坊之岬海戰終結了日本海軍，此戰中，美國海軍出動386架攻擊機，日本第2艦隊僅擊落10架，充分顯示了日本從三十年代開始構築的艦隊防空體制的侷限性，也說明一個簡單道理，“沒有戰鬥機提供空中保護的艦隊簡直不堪一擊”。
為應對日軍飛機攻擊，美國海軍在太平洋戰爭中構建了近乎完美的艦隊防空體制，首先在艦隊周邊建立遠程早期防空警戒網，其次由空中巡邏戰鬥機和水面艦防空武器組成前後搭配、縱深銜接的防空火力網，第三是以作戰指揮中心為基礎建起情報與作戰高效融合的防空作戰指揮網。
日本作為其作戰對手，自明治維新以來建立了自詡最先進、最精幹的帝國海軍，但因對艦隊防空能力重視不夠，建設不科學，將致命要害暴露給敵人，結果只有慘敗。
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