1942年6月4日，美军公开承认列克星敦号沉没，并正式除藉。21年前建造该舰的船厂主动联络美军，要求厂内一艘建造中的埃塞克斯级航空母舰由“卡伯特”号更名为列克星敦号以作纪念，海军同意了这要求，这就是1942年9月23日下水的埃塞克斯级CV-16列克星敦号航空母舰 。

列克星敦级航空母舰在改建过程中，原设计的4座双管16英寸主炮、装甲、弹药库等被移除，舰只排水量减低了8500吨。舰侧的装甲被保留，而甲板装甲则被强化，龙骨的大体结构与及水下防护并未更改。美国宣布的标准排水量是3万3千吨，加上条约允许改装增加的3千吨，实际上则是3万6千吨。列克星敦号航空母舰与其姊妹舰是最后两艘使用横向弹射器的美国航母，该弹射器可将当时最重的舰载机弹离60英尺。列克星敦号亦是美军首批装上CXAM-1对空雷达的军舰。

舰型

列克星敦号航空母舰采用封闭舰首，单层机库；拥有两部升降机，全通式飞行甲板长271米，岛式舰桥与巨大而扁平的烟囱设在右舷；采用蒸汽轮机-电动机主机的电气推进动力系统，防护装甲与巡洋舰相当；在上层建筑前后装有4座双联装203毫米口径火炮，用来打击水面目标，然而之后被证明没有装备的必要；起初舰上亦有起重机，可回收水上飞机及飞船，战时则被改为防空炮。

装甲

列克星敦号航空母舰主装甲带79-127毫米，机库甲板50毫米，机舱上部76-114毫米。

防御

列克星敦号航空母舰装有8门Mark9型203毫米口径L/55火炮（四座双联），12门Mark10型127毫米口径L/25高平两用炮（改装前），8座单装位于原Mark10型127毫米口径L/25高平两用炮炮位（改装后），16门MK12型127毫米L/38高炮（双联四座位于舰桥前后）。太平洋战争期间加装96门40毫米博福斯高射炮（四联23座，双联2座）和16门厄利孔20毫米机炮。

舰载机

列克星敦号航空母舰机库最初设计可容纳120架飞机，但及后却只能装上91架，通常情况下运用73架飞机，另有9架备用。主要搭载的战斗机为32架F4F战斗机，另外备用3架；26架SBD俯冲轰炸机，另外备用3架；15架TBD攻击机，另外备用3架。

列克星敦号航空母舰装有CXAM-1对空雷达。

1928年4月7日，列克星敦号在母港加州圣佩德罗加入了战斗舰队。此后到太平洋战争爆发前，该舰队中的列克星敦号与“萨拉托加”号等，均活跃于美国西海岸用作训练飞行员及航空军事演习等。当时航母在海军史发展仍属探究阶段，每一年舰队都在巴拿马运河区、加勒比海或夏威夷进行演习为美军提供重要的航母战略经验。演习期间，列克星敦号的平均航速达30.7节，并能以34.5节航速航行一小时，相比当时其他舰级的军舰，已属高速之列。

1930年1月，列克星敦号与“萨拉托加”号曾为华盛顿州塔科马市的10万居民供电一个月。由于当地冬季严重干旱，水力发电中断，美军将两舰庞大功率的蒸汽轮机-电动机接通岸上的电缆，成为临时“发电厂”，总共供电425万千瓦。1930年至1932年间，后来成为美国五星上将的恩斯特·金恩成为列克星敦号的舰长。

1941年秋，列克星顿号转入夏威夷珍珠港，主要在夏威夷进行演习。12月5日，列克星顿号从珍珠港出发与第12特混舰队/机动团12（Task Force 12）向中途岛运送飞机。之后列克星顿号派出侦察机搜索日军，并与“企业”号前往欧胡岛西南守备，在12月13/18日返回珍珠港。次日，美军打算派列克星顿号与“萨拉托加”号突袭贾鲁伊特环礁上的日军，以减低威克岛的压力，但计划在20日就被更改成直接增援威克岛。23日，威克岛沦陷，两艘航母于27日返回珍珠港。

1942年1月11日，列克星顿号在欧胡岛-约翰斯顿-帕迈拉三地之间进行巡逻。当日，威尔森·布朗中将指挥的第11特混舰队/机动团11组建，并由列克星顿号担任旗舰。

1942年2月16 日，第11特混舰队前往攻击拉包尔，途中于2月20日被两波共十八架日机攻击，列克星顿号的战机与防空炮却击落了十七架，其中飞行员欧海尔在一场战斗中击落五架，成为单次战斗皇牌。1942年2月，在一系列的争取战略平衡的反击中，列克星顿号计划袭击新不列颠岛，并曾与日军陆基攻击机接触。

1942年3月6日，列克星顿号在珊瑚海巡航结束，当日它与“约克城”号的机动团合组，前往突袭新几内亚岛日军占领的莱城和萨拉莫阿的欧文·斯坦利山脉，并于3月10日将萨拉马瓦及莱城的日军运输补给彻底摧毁。稍后列克星顿号返回珍珠港，于3月26日抵达。在港内舰身稍作维修，舰上的8英寸炮被移除，改为装上四联装1.1英寸防空炮。

1942年4月15日，察觉到日本即将进攻莫尔比兹港后，第11特混舰队旗舰的列克星顿号离开珍珠港。

1942年5月1日加入第17特混舰队/机动团17，与“约克城”号前往珊瑚海，阻止日军向澳大利亚及新西兰扩张，之后便因此爆发了珊瑚海海战。5月3日，第17特混编队总指挥弗莱彻少将得知日军占领了图吉拉港消息后，亲自率领航母编队北上。

1942年5月7日，从列克星敦号上起飞的一架巡逻机发现了日军航母编队，弗莱彻少将立即命令列克星敦号和“约克城”号航母去攻击日军舰队。上午10时，由24架鱼雷机、36架轰炸机、16架战斗机组成的美军机群扑向日军舰队。1小时后，美军机群飞临日军舰队上空。日军舰队正排着环形队伍驶往珊瑚海，排在中间的是祥凤号航空母舰。美军第二鱼雷机中队的13架鱼雷机对“祥凤” 号进行集中攻击，共投射了16枚鱼雷，有3枚命中目标。美军第五鱼雷机中队也来投射了鱼雷，有4枚命中。美军的轰炸机也加入了攻击队伍，13枚炸弹命中目标。列克星顿号与“约克城”号击沉了祥凤号，稍后两艘航母上的战斗机又拦截了“翔鹤”号及“瑞鹤”号的机队，机队共有12架俯冲轰炸机及15架鱼雷轰炸机，美军共击落9架。

1942年5月8日早上，列克星顿号的侦察机发现了翔鹤号航空母舰，美日两支航母编队在珊瑚海海面上相遇，上午9时30分，81架鱼雷机、轰炸机、战斗机从美国的航母上起飞。几乎同时，日军派出50架战机组成的攻击机队杀向美国舰队。10时32分，美军机群首先飞临日舰队上空。日军“瑞鹤”号航母发现美军机群后，立即向有雷雨的海域躲避，利用雷雨逃避了美军机群攻击。“翔鹤”号成了美军机群攻击对象，轰炸机首先进行投弹轰炸，舰首、舰尾各中一弹，甲板上浓烟滚滚，慌忙撤离海战场，并且“瑞鹤”号也严重减员，致使第五航空战队无法参加中途岛战役。11时，日军战机成功突破美军防线，在20分钟后，一枚鱼雷击中列克星敦号前部左侧，另一枚鱼雷则在舰桥下爆炸。同时，3颗炸弹从高空击中列克星顿号，令舰身大火入水，并向左侧倾斜7度。下午1时，损管人员暂时控制了火势，并稳定船身，可以25节速度航行。但在数小时后舰体突然爆炸，大火更燃烧至油库，火势再度失控。3时58分，舰长下令“全员上甲板”，并于5时01分下令弃舰。由于列克星顿号的火舌升至数百英尺高空，很容易被日军发现。为免被日军俘获，美军下令一艘驱逐舰，近距向列克星敦号发射两枚鱼雷。晚上7时56分，列克星顿号沉没。

列克星敦号航空母舰作为航空母舰的先驱，对海军航空兵的技术发展其了巨大的贡献。在美国海军举行的舰队演习中，用来检验航空母舰的战术理论，提供了许多操作使用航空母舰的宝贵经验，促使了美国海军以航空母舰为舰队核心的战术出现。此外，列克星敦号航空母舰可以说是为中途岛的胜利打下了基础。（三海一核科普网）（新浪网）

2018年3月4日，列克星敦号航母以及11架随航母沉没的战机，包括道格拉斯TBD-1破坏者鱼雷轰炸机、道格拉斯SBD无畏式俯冲轰炸机和格鲁曼F4F-3“野猫”战斗机在3000米深的海底被发现，在其中一架战机上还能清晰看见卡通人物菲利克斯猫的图案。