第二次世界大戦では、巡洋艦の最大の敵は航空母艦や陸上基地から飛来する飛行機となった。米英では対空砲を主装備とする防空巡洋艦が多数建造され、日英では旧式化した巡洋艦を防空巡洋艦に改造した。更に大戦中に建造された軽巡洋艦や重巡洋艦は対空兵装を強化した影響で大型化していった。

米では戦前に建造した重巡洋艦への魚雷搭載が廃止され、新造の巡洋艦には最初から装備されなくなった。米英とも艦隊の眼として使用されてきた水上機の機能は基地航空隊や航空母艦に任せるものとして水上機設備を順次撤去した。ドイツは海軍再建途上で戦争に突入した為十分な海上戦力を有しておらず、大戦初期には航続力の大きな商船に15cm砲を搭載して仮装巡洋艦に仕立てて通商破壊戦に使用した。日本は米とは逆に魚雷戦を重視した。ミッドウェー海戦で損傷した重巡洋艦最上の修理に際し、後部砲塔を撤去しここに水上機搭載設備を設けた航空巡洋艦に改装して航空索敵能力の強化を図った。

• 米防空巡洋艦 アトランタ級 （1941年、6,718t:12.7cm連装両用砲8基、53.3cm魚雷発射管4連装2基8門）
• 日本防空巡洋艦 五十鈴 （1922年竣工44年改造、6,000t:12.7cm連装高角砲3基、61cm魚雷発射管4連装2基8門）
• 日本軽巡洋艦 阿賀野型 （1940年竣工、6,652t : 15.2cm砲6門、61cm魚雷発射管4連装2基8門）
• 米重巡洋艦 ボルチモア級 （1943年、14,472t:20.3cm砲9門、水上機4機）
• 米軽巡洋艦 クリーブランド級 （1942年、11,744t:15.2cm砲12門、水上機4機）
• 独仮装巡洋艦 アトランティス （1937年商船として竣工40年改造、7,862t:15.2cm砲6門、53.3cm水上魚雷発射管4門、水上機2機）
• 日本航空巡洋艦 最上 （12,300t:20.3cm砲6門、61cm魚雷発射管3連装4基12門、水上機11機）