Les Japonais déclenchent l'opération Mo par l'invasion de Tulagi, faiblement défendue, le 3 mai, pour y construire une base d'hydravions. Les Américains bombardent la position deux fois le 4 mai, coulant le pétrolier Hoshima Maru et trois cargos de 12 000 tonnes, endommageant deux contre-torpilleurs, coulèrent le destroyer Kikutsuki et détruisant plusieurs avions.
Après s'être cherchés sans se trouver, les flottes s'engagent une première fois le 7 mai au matin, quand les avions de reconnaissance des deux camps se repèrent mutuellement. Les Japonais découvrent ainsi « un porte-avions et un croiseur », tandis que les Américains repèrent un petit porte-avions. Les Japonais envoient alors 24 torpilleurs, 36 bombardiers en piqué et 18 Zéro. Arrivant au-dessus de la « flotte » américaine, ils ne trouvent que le pétrolier Neosho, escorté du destroyer Sims, tout deux rapidement coulés. Les Américains coulent le torpilleur Kikuzuki par une seule torpille et le porte-avions léger Shoho par 13 bombes et 7 torpilles.
En fin d'après-midi, un assaut d'avions torpilleurs japonais est intercepté par les Américains. Seuls 6 avions sur les 27 envoyés regagnent leur porte-avions. Des pertes qui seront lourdes de conséquence pour le lendemain, les Japonais se trouvant ainsi privés de la moitié de leurs torpilleurs.
Le soleil se couchant à 18 h 30, certains appareils doivent retrouver et se poser de nuit sur leur porte-avion. La situation est confuse et les navires ennemis sont suffisamment proches pour qu'au moins une fois un groupe de 9 avions japonais manque de se poser sur le Yorktown.
Les Japonais détachèrent, sous le commandement du vice-amiral Takea Takagi, les porte-avions Zuikaku et Shokaku, couverts par le petit porte-avions Shoho, deux flottilles de destroyers (dont le Kikuzuki) et une de croiseurs (dont l'Haguro, le Nyoko, l'Aoba, le Furutaka, le Kako et le Kinugasa), le tout formant l'opération MO destinée à soutenir les débarquements sur Port-Moresby. La flotte pouvait également compter sur le soutien des avions basés à Lae (au nord de la Nouvelle-Guinée) et à Rabaul, où était basée la 25e flottille aérienne.
Les Américains sont mis au courant du plan par l'interception et le déchiffrement des communications japonaises. Ils réagissent en envoyant la Task force 17 (Yorktown et Lexington), escortée de 5 destroyers et 3 croiseurs (dont le Chicago, le Portland et le Minneapolis), sous le commandement de l'amiral Frank J. Fletcher.
Les forces embarquées totalisent 143 avions américains contre 148 japonais. Cependant, ces derniers peuvent compter sur l'appui de leur 25e flottille aérienne basée à Rabaul.
La propagande de chaque camp tente de faire de la bataille de la Mer de Corail une victoire. Les Japonais pensent avoir mis hors d'état de nuire deux navires majeurs américains et se voient confirmés dans leur piètre opinion des capacités combattantes ennemies. Les Américains, qui n'ont pas repéré la flotte de débarquement japonaise, ne sont pas absolument certains qu'elle a été lancée, ni repoussée ; les rapports de aviateurs japonais certifient la destruction des deux porte-avions américains alors que le seul détruit, le Lexington, n'a été perdu que des heures plus tard quand les incendies y ont repris. Les Américains célèbrent le fait d'avoir pour la première fois coulé un navire plus gros qu'un destroyer.
Tactiquement, la bataille est une victoire japonaise : destruction d'un porte-avions lourd américain (le Lexington représentait à l'époque un quart de la capacité de transport aéronavale américaine dans le Pacifique), du destroyer USS Sims et du pétrolier Neosho, contre la perte du porte-avions léger japonais Shoho, du torpilleur Kikuzuki et l'endommagement du porte-avions Shokaku.
Pourtant, les Australo-Américains ont réussi à empêcher la prise de Port Moresby, dernier verrou protégeant l'Australie des Japonais. C'est d'autre part la première fois dans la guerre du Pacifique qu'une flotte d'invasion japonaise est repoussée sans avoir réussi à atteindre son objectif, ce qui contribuera à gonfler le moral des troupes alliées après six mois de défaites contre les Japonais.
Plus généralement, la bataille de la mer de Corail marque l'arrêt de la progression japonaise dans la zone. L'immobilisation de deux des plus gros porte-avions japonais aura des conséquences importantes un mois plus tard, lors de la bataille de Midway : alors que les Américains réussissent à réparer le USS Yorktown en quelques jours, les Japonais ont renvoyé le Shokaku au Japon pour réparation et n'ont pas reconstitué le groupe aéro-naval du Zuikaku. Les pertes de Midway empêcheront les Japonais de lancer d'autres opérations offensives. Les Américains reprendront Tulagi en août 1942 au début de la campagne de Guadalcanal.
Ainsi, victoire tactique japonaise en apparence, la bataille de la mer de Corail a été stratégiquement favorable aux Alliés. Bien qu'elle n'ait pas mis en jeu des forces très importantes, elle constitue un des tournants de la guerre du Pacifique.