Seine anschließenden Verwendungen führten Duncan an Bord von Flugzeugträgern sowie in unterschiedlichen Funktionen im Bureau of Aeronautics, dem für die Marineflieger zuständigen Amt der US Navy, ehe er schließlich Erster Offizier (Executive Officer) des Marinefliegerstützpunktes in Pensacola wurde.
Im Anschluss wurde Kapitän zur See Duncan am 31. Dezember 1942 erster Kommandant des neu in Dienst gestellten Flugzeugträgers Essex, mit der er im Mai 1943 vom Marinestützpunkt Pearl Harbor aus in den Pazifik aufbrach, um am Pazifikkrieg teilzunehmen.[2] Zusammen mit der 16. Einsatztruppe (Task Force 16) nahm er am 31. August 1943 an Flugzeugträgeroperationen gegen die Marcus-Insel teil. Daraufhin wurde die USS EssexFlaggschiff der 14. Einsatztruppe (Task Force 14), die am 5. und 6. Oktober 1942 einen erfolglosen Angriff gegen das von den Japanern besetzte AtollWake durchführte. Das Kommando über die Essex übte er bis zum 6. November 1943 aus und erhielt für seine dortigen Verdienste ein Belobigungsschreiben (Letter of Commendation) des Kommandeurs der Luftstreitkräfte der US-Pazifikflotte (US Pacific Fleer), während das Schiff selbst eine Presidential Unit Citation als herausragende Einheit verliehen bekam.
Daraufhin erfolgte im November 1943 die Ernennung von Konteradmiral Duncan zum Vize-Chef des Stabes sowie Vize-Planungsoffizier im Stab des Oberkommandierenden der US-Flotte, Admiral King. In dieser Funktion verblieb er bis Juli 1945 und wurde für die dortigen militärischen Leistungen im November 1946 mit dem Legion of Merit geehrt.
Nachkriegszeit und Admiral der US Navy
Im Juli 1945 kehrte Duncan in den Pazifikraum zurück, wo er als Vizeadmiral Stellvertretender Oberbefehlshaber der US-Pazifikflotte wurde und damit einer der engsten Mitarbeiter des Oberbefehlshabers der US Pacific Fleet, FlottenadmiralChester W. Nimitz.
Am 6. März 1947 wechselte er in das US-Marineministerium (US Department of the Navy) in Washington, D.C., wo er Stellvertretender Chef für Marineoperationen für Luftwaffe (Deputy Chief of Naval Operations for Air) wurde. Diesen Posten bekleidete er bis zu seiner Ablösung durch Vizeadmiral John D. Price am 20. Januar 1948. Danach erfolgte seine Ernennung zum Befehlshaber der 2. Einsatzflotte (Second Task Fleet), deren Kommando er bis August 1951 innehatte.
Duncan wurde am 9. August 1951 zum Admiral befördert und übernahm zugleich von Admiral Lynde D. McCormick die Funktion als Vice Chief of Naval Operations (VCNO). Er bekleidete damit nach dem Chief of Naval Operations die zweithöchste Funktion innerhalb der Führung der US Navy. In dieser Funktion seiner Ablösung durch Admiral James S. Russell am 1. September 1956. Mit einer Amtszeit von mehr als fünf Jahren war Duncan der VCNO mit der bislang längsten Amtszeit.[3] Am 1. März 1957 schied er offiziell aus dem aktiven Militärdienst aus und war anschließend zwischen 1957 und Mai 1962 Gouverneur des Philadelphia Naval Asylum, ein Altersruhesitz für ehemalige Angehörige der US-Marine.