Tàu sân bay USS Carl Vinson mang theo đội hình máy bay tương đương với một sư đoàn không quân trên mặt đất đem lại sức mạnh tác chiến vượt trội.
Tiêm kích F/A-18 E/F Super Hornet bay tuần tra trên vùng biển quốc tế ở Biển Đông. Máy bay chính là yếu tố quyết định tạo nên sức mạnh chiến đấu không đối thủ cho tàu sân bay USS Carl Vinson nói riêng và các tàu khác thuộc lớp Nimitz của Hải quân Mỹ nói chung.
Tiêm kích F/A-18C cất cánh từ tàu USS Carl Vinson trên Biển Đông vào ngày 27/2. Carl Vinson mang theo 90 máy bay các loại, tuy nhiên, trong các nhiệm vụ tuần tra chiến đấu, tàu thường mang theo khoảng 65-70 máy bay.
Nòng cốt sức mạnh chiến đấu trên USS Carl Vinson là tiêm kích F/A-18E/F Super Hornet, khoảng 24-36 chiếc. Super Hornet là phiên bản nâng cấp gần như toàn diện từ F/A-18 Hornet. Super Hornet cải tiến cửa hút không khí từ hình ovan thành hình chữ nhật, nâng cấp cấu trúc khung máy bay, động cơ, hệ thống điện tử và vũ khí.
Super Hornet có thể mang theo tới 8 tấn vũ khí các loại, gồm bom thông minh JDAM, Paveway, tên lửa không đối không AIM-9, AIM-120, tên lửa chống bức xạ AGM-88 Harm, tên lửa không đối đất AGM-65 Maverick, đạn tấn công ngoài tầm phòng không điểm AGM-154 JSOW, AGM-158 JASSM. Ngoài ra, máy bay còn được vũ trang một pháo M61, 6 nòng 20 mm với 412 viên đạn.
Super Hornet tham chiến lần đầu vào năm 2002, trong chiến dịch Southerm Watch, chiến dịch không quân kéo dài từ 1992-2003 tấn công các mục tiêu quân sự trên khắp Iraq. Super Hornet đã thực hiện hàng chục nghìn phi vụ không chiến cho đến nay. Nó được đánh giá là tiêm kích trên hạm tốt nhất thế giới.
10-12 chiếc F/A-18C Hornet. Nó thường thiên về nhiệm vụ chiếm ưu thế trên không, bảo vệ cho Super Hornet tấn công mặt đất. Hornet có thể mang theo 6 tấn vũ khí các loại. Hornet có kinh nghiệm trận mạc rất dày dặn. Trong Chiến tranh Vùng Vịnh lần thứ nhất, 84 chiếc Hornet lần đầu được triển khai chiến đấu. Hornet đã thực hiện 4.551 phi vụ chiến đấu, bắn hạ nhiều máy bay và phá hủy mục tiêu trên mặt đất của Iraq.
EA-18G Growler được ví như "tấm áo giáp" điện từ che chắn cho đội hình chiến đấu. Nó là phiên bản của F/A-18F được thiết kế chuyên dùng cho nhiệm vụ tác chiến điện tử. Máy bay mang theo một loạt thiết bị để phát sóng gây nhiễu radar trinh sát và dẫn đường của đối phương khiến chúng không thể bám bắt và dẫn đường cho tên lửa. Carl Vinson mang theo khoảng 4-6 chiếc EA-18G.
E-2C Hawkeye được ví như "mắt thần" giám sát trên không cảnh báo cho nhóm tác chiến. E-2C mang theo radar với tầm trinh sát hơn 400 km bao phủ trên khu vực rộng lớn. Hawkeye sẽ cảnh báo cho nhóm tác chiến về các mối đe dọa tiềm năng trên không, trên biển và chỉ huy đội hình chiến đấu đối phó với mục tiêu. Carl Vinson mang theo khoảng 4-6 chiếc E-2C.
Trực thăng MH-60S Sea Hawk là một trong những máy bay hoạt động nhộn nhịp nhất trên tàu sân bay Carl Vinson. Sea Hawk thường xuyên làm nhiệm vụ tiếp tế nhu yếu phẩm, đạn dược cho tàu sân bay, tìm kiếm cứu nạn, vận chuyển đội đặc nhiệm và nhiều nhiệm vụ khác.
6-8 chiếc MH-60S Sea Hawk thay phiên nhau giám sát liên tục xung quanh tàu Carl Vinson cũng như nhóm tác chiến. Mỗi khi có máy bay cất cánh từ tàu sân bay, luôn có một trực thăng Sea Hawk bay vòng xung quanh để đề phòng các sự cố bất ngờ. Khả năng cứu nạn kịp thời là yếu tố quyết định trong việc đảm bảo an toàn tính mạng cho thủy thủ đoàn.
C-2 Greyhound hoạt động với vai trò cầu hàng không tầm xa cho nhóm tác chiến tàu sân bay Carl Vinson. Nó được thiết kế cho nhiệm vụ vận chuyển hàng hóa, thư tín và khách VIP từ bờ lên tàu sân bay và ngược lại. Greyhound có thể chở theo hơn 9 tấn hàng hóa.
MV-22 Osprey là mảnh ghép cuối cùng cho dàn máy bay khủng trên tàu sân bay USS Carl Vinson. Osprey sẽ đảm nhận vai trò vận tải tầm trung hỗ trợ cho MH-60S Sea Hawk tầm ngắn và C-2 Greyhound tầm xa. Nó có thể chở theo 24 binh lính hoặc 9 tấn hàng hóa.