在這股熱情的推動下，錢伯斯獲準讓尤金·伊利駕駛飛機在重巡洋。艦“賓夕法尼亞”號上降落，飛行時間定於1911年1月18日，飛行地點在舊金山海灣。這次飛行是從海岸上起飛，在“賓夕法尼亞”號上降落，其飛行難度更大，危險性也更大。同時，對軍艦本身也相當危險。為此，伊利把自行車的內胎纏在身上作救生衣，在巡洋艦尾部上方安置了一塊長約36米、寬約96米的平台，平台從巡洋艦的主桅杆下麵一直伸到艇體之外。為了使飛機降落滑行時不至於衝出平台而掉入水中，故讓試驗在軍艦航行時進行，以使飛機降落於艦體之上時能利用逆風的風速控製飛機。同時，他們還在平台上橫向配置了雙道鉤索，每道鉤索兩端用50磅重的沙袋係住。當飛機從海岸起飛降落在艦船之後，這種古老的方法迫使降落的飛機在其向前滑行的同時降低速度。
1911年1月18日，在“賓夕法尼亞”號重巡洋艦上的飛行試驗終於開始了。這一天天氣很壞，由於風力大，“賓夕法尼亞”艦的艦長認為該艦所處水域太小，故臨時決定拋錨，讓艦尾迎風。可以這樣說，該艦長的這一決定是非常錯誤的，他給伊利帶來了更大的危險。好在伊利當時對這一危險的認識程度不足，他仍像平安無事一樣，駕機向“賓夕法尼亞”號開去，並在著艦前迅速降低高度衝向艦尾。在貼近平台的傾斜尾板時，他拉起飛機，迅速關閉引擎，由於飛機的衝力巨大，飛機輪子旁專門製作的鐵掛鉤隻掛住了後麵的11根攔阻索，在距平台前端僅9米的地方停下來。一個小時之後，伊利又駕駛飛機從這艘巡洋艦上起飛，安全降落在海岸上。
這次試驗的成功，引起了世界各國海軍的普遍關注，各海軍大國紛紛開始了類似的試驗。可以這樣說，這次試驗與首次試驗一起奠定了航空母艦作為一種新艦種的基礎。
在第一次世界大戰中，潛艇的作戰威力日益顯露，由於飛機在反潛作戰中具有獨特的反潛作戰能力，使得飛機的作用和地位不斷提高，故此，航空母艦的正式改裝研究工作起步了。
由於美國部分高級將領強烈反對這項研究，使得美國已經取得的試驗成果未能發揮它應有的作用。英國海軍後來居上，不久就將一艘巡洋艦“競技神”號改裝成世界上第一艘以搭載水上飛機為主要使命的航空母艦。1918年，英國海軍將一艘巡洋艦的前、後甲板上的主炮塔拆除，鋪上跑道，以甲板中部的上層建築為界，艦艏的跑道供飛機起飛用，艦艉的跑道供飛機降落用，這是最早出現的由舊軍艦改裝而成的真正的航空母艦，它能裝載20架飛機。
由於飛機起飛跑道和降落跑道的分開鋪設，使得在一艘長度有限的航空母艦上，起飛和降落的跑道均顯得過於短小。經過多次試驗，英國海軍部決定將由客輪改建的“百眼巨人”號改裝成全通式飛行甲板，割去煙囪，改成裝在甲板邊緣下麵通向艦艉的水平排煙道，這樣，飛機的起飛和降落就方便多了。
1922年，美國海軍部終於力排眾議，把一艘運煤船改裝成美國第一艘航空母艦“蘭格利”號，該艦標準排水量1105萬噸，滿載排水量147萬噸，可載機30多架。
就在同年底，日本新建了一艘航空母艦“鳳翔”號，這是世界上第一艘直接設計和建造的航空母艦。“風翔”號於1919年開始設計，該艦的飛行甲板右舷裝有3個小煙囪，煙囪上裝有鉸鏈，飛機起飛時，3個小煙囪均可放倒。其火炮裝備很少，可載機26架。“風翔”號的出現，標誌著浩瀚的大海上，從此出現了初步具備現代航空母艦規模的“海上航空兵基地”。最初，“鳳翔”號航空母艦采用了島式上層建築，有兩部中線配置的升降機。1923年，經過試航後，日本人決定拆掉島式上層建築，以此得到平甲板。
早期的航空母艦隻配置了少量小型戰鬥機、偵察機和轟炸機，而這時航空母艦上所裝載的戰鬥機仍是陸基作戰飛機；飛機在甲板上起降都較困難，也較危險。不過，飛機畢竟能從艦艇上起降，航空母艦畢竟完成了其他軍艦難以擔負酌任務。