Первые характеристики «Зеленого шершня», как называли первый прототип ХР-39Е, были далеки от ожидаемых, даже учитывая более слабый мотор. Кроме того, прототип имел худшие летные качества. Машину постоянно преследовали поломки, что затягивало испытания. 26 марта 1942 года случилось чрезвычайное происшествие. В тот день планировалось испытать способность самолета входить и выходить в управляемый штопор. Пилотировал самолет Боб Стенли, главный летчик-испытатель фирмы Bell. Перед испытаниями самолет (41-19501) оснастили тремя парашютами, которые должны были помочь вывести самолет из штопора. Два парашюта разместили под крыльями, а третий — в хвосте. В кабине самолета установили два дополнительных рычага с цветными рукоятками. Желтый рычаг выпускал парашюты, красный парашюты отстреливал. Стенли проинструктировали, что желтым рычагом следует воспользоваться при выходе из штопора, а красным — выйдя из него. Полет шел по плану. Стенли ввел машину в плоский штопор. Наблюдатели на земле видели, как открылись парашюты, однако спустя всего несколько секунд произошел их отстрел. За это ничтожно малое время вывести самолет из штопора не удалось. Тут дверь кабины открылась и из нее показался Стенли. Пилот сел на переднюю кромку крыла, просидел на ней секунд десять, после чего отделился от машины и открыл парашют. На вопрос, не ошибся ли он с цветом рычагов, Стенли, известный своей гордостью и болезненным самолюбием, ответил молчанием. Целый месяц после этого происшествия Стенли отказывался говорить о причинах случившегося.

Второй прототип поднялся в воздух лишь 4 апреля 1942 года. Чтобы уберечь единственную оставшуюся машину, испытателям запретили совершать на них фигуры высшего пилотажа. Это ограничило программу испытаний. Самолет (41-19502) оснастили двигателем V-1710-47(E9) мощностью 1325 л.с. с двухступенчатым механическим турбонаддувом. Это был первый двигатель подобного типа фирмы Allison. Новое устройство получило название Auxiliary Stage Supercharger. Поскольку первый прототип разбился, Ларри Белл обратился к руководству USAAF с просьбой оплатить ему постройку еще одного прототипа. Контракт подписали 27 мая, а самолет поднялся в воздух 19 сентября. Тем временем повреждения получил второй прототип. Это произошло 12 мая 1942 года, когда, совершая вынужденную посадку, самолет потерял винт и переднее шасси. Испытания показали, что новая машина превосходит P-39D лишь максимальной скоростью. ХР-39Е развивал на высоте 7315 м (24000 футов) скорость 632 км/ч (393 миль/ч). Несмотря на то, что на самолете стоял высотный двигатель, скороподъемность, скорость сваливания, разбега и пробега ухудшились. Несмотря на это, Ларри Белл пытался заинтересовать начальников из USAAF новой машиной, рекламируя его в качестве самолета, способного отразить возможное вторжение (в то время в США популярностью пользовалось оборонительное мышление). Белл сумел преуспеть в этом, заключив контракт на поставку 4000 машин, получивших обозначение Р-76 и Р-76А. Но вскоре контракт аннулировали. Оба прототипа ХР-39Е передали фирме Allison в качестве летающих стендов для испытания новых двигателей. Кроме того, на этих машинах обкатывали по меньшей мере три варианта хвостового оперения, а также изучали характеристики четырехлопастных винтов.

Создание самолета ХР-39Е было не единственной попыткой поправить высотные качества «Аэрокобры». Ранней осенью 1941 года на стадии макета находился один P-39D (40-6770). Самолет оснастили новым комбинированным воздухозаборником для наддува и карбюратора. Наддув приводился в действие выхлопными газами, подаваемых через две трубы. Большой воздухозаборник привел к резкому росту аэродинамического сопротивления, в результате скорость упала на 72 км/ч (45 миль/ч). Другой идеей, дошедшей до стадии летных испытаний, была установка наддува под днищем фюзеляжа. Испытания показали, что в таком варианте скорость падает на 64 км/ч (40 миль/ч). В итоге от обоих вариантов отказались. Больше к идее улучшить характеристики «Аэрокобры» с помощью наддува не возвращались.

ХР-39Е во время испытаний на аэродроме Райтфилд.

Третий ХР-39Е.

Две следующие модификации «Аэрокобры» различались между собой особенностями оснащения. Размеры и форма планера практически не изменились. Упомянутые проблемы с поставками винтов Curtiss привели к тому, что USAAF санкционировал установку на самолеты винты других производителей. Однако уже такое минимальное изменение в конструкции заставило производителя изменить букву в обозначении самолета. Контракт на поставку 254 «Аэрокобр» модификации «F» подписали 13 сентября 1940 года. Новая модификация объединяла в себе особенности самолетов серии «D» и Р-400. От модели «D» самолет получил вооружение и двигатель, а от Р-400 унаследовал выхлопную систему с двенадцатью патрубками. Новой особенностью машины, получившей заводское обозначение Модель № 15В, был трехлопастной воздушный винт General Motors Aeroproducts Hydromatic Propeller диаметром 3.14 м. Контракт был выполнен к декабрю 1941 года. Из выпущенных 229 машин 27 переделали в полевых ремонтных центрах в самолеты тактической разведки и поддержки. Переделка самолетов проходила по той же схеме, что и у P-39D-3. Для отличия от стандартных самолетов Р-39F, эти машины обозначили как Р-39F-2. В литературе также можно найти упоминание о двухместном учебном варианте истребителя TP-39F. Однако никаких доказательств существования таких машин нет.

Контракт предусматривал, что с сентября 1940 года все самолеты Bell Aircraft Corp. будут оснащаться двигателем V-1710-35. Однако еще до завершения серии «F» решили оснастить 25 последних машин новым двигателем фирмы Allison — V-1710-59(E12). Эти самолеты обозначили как P-39J. Новый двигатель оснащался одноступенчатым механическим наддувом, а также имел ряд технологических особенностей. Новый мотор развивал мощность 1150 л.с. на высоте 4200 м (13800 футов), то есть на 550 м (1800 футов)выше, чем его предшественник «-35». Впервые самолет оснастили автоматическим регулятором давления топливовоздушной смеси. В ходе эксплуатации выяснилось, что новый мотор имеет ограниченный ресурс. В результате многие из P-39J не получили этих двигателей, то есть ничем не отличались от P-39F.

На самолете P-39J (40-7053) установили огромный подвесной топливный бак емкостью 1400 л (370 галлонов), что вместе со внутренними баками доводило запас бензина до 1854 л (490 галлонов). Максимальная скорость самолета с этим баком составляла 403 км/ч (250 миль/ч), а крейсерская — 322 км/ч (200 миль/ч). Теоретически запас хода достигал 6440 км (4000 миль). 2 октября 1942 года летчик-испытатель фирмы Bell Джек Вулемс совершил перелет с аэродрома Марчфилд в Калифорнии на аэродром Боллингфилд в штате Вашингтон. Это был первый столь длинный беспосадочный полет американского одномоторного самолета. Однако испытанное таким образом устройство ни разу не нашло применения в боевых условиях.

Два снимка P-39F с новым винтом фирмы General Motors Aeroproducts.