W 1951 rozpoczął naukę w Episcopal High School w Alexandrii (Wirginia), a w 1954 wstąpił do Akademii Marynarki Wojennej w Annapolis.
Służba wojskowa mały|John McCain (pierwszy z prawej) na tle samolotu treningowego T-2 Buckeye (1965) Po ukończeniu studiów w 1958 został powołany do służby w stopniu podporucznika w bazach lotnictwa Marynarki Wojennej w Pensacola na Florydzie i Corpus Christi w Teksasie, gdzie odbywał szkolenie. Pilotował samoloty szturmowe A-1 Skyraider. Szkolenie ukończył w 1960 jako pilot lotnictwa szturmowego Marynarki Wojennej.
Służył na lotniskowcach USS „Intrepid” i USS „Enterprise” na Morzu Karaibskim, m.in. w trakcie kryzysu kubańskiego w 1962. Następnie pracował jako instruktor w bazie lotniczej w Meridian (Missisipi). Od 1966 służył jako pilot samolotów A-4 Skyhawk w załodze lotniskowca USS „Forrestal” na Morzu Śródziemnym i Oceanie Atlantyckim.
Wojna w Wietnamie Od wiosny 1967 USS „Forrestal” brał udział w operacji Rolling Thunder podczas wojny wietnamskiej. Celem operacji było zniszczenie infrastruktury, zaplecza przemysłowego i obrony przeciwlotniczej Wietnamu Północnego. McCain brał udział w nalotach na obiekty wojskowe i przemysłowe.