Конструкция прототипа XF4F-3 претерпела множество изменений, целью которых являлось совершенствование аэродинамики и улучшение охлаждения двигателя. На снимке — прототип в финальной конфигурации.

По широкому белому кольцу в носовой части капота можно определить, что данный F4F-3 принадлежит эскадрильи VF-42. Это самолет командира второго эвена. Изображение опознавательных знаков на бортах фюзеляжа перед кабиной введено для самолетов палубной операции, действующих в составе нейтрального патруля в Атлантике, в марте 1940 г. Предвоенную окраску «Уайлдкэты» носили короткое время, с декабря 1940 г. по март 1941 г.

Так и закончилась бы история самолета F4F, но Грумман проявил недюжинную настойчивость, которая встретила понимание у некоторых сотрудников Бюро Аэронавтики. В результате, ему удалось получить разрешение продолжить работу над F4F на свой риск. В октябре были представлены чертежи и расчетные данные новой машины. Проект получил одобрение и Грумман приступил к переделке прототипа под новый стандарт, получивший обозначение XF4F-3. Переделки были очень существенны, что и объясняет смену номера модификации. От старого самолета остался один фюзеляж. Размах крыла увеличился с 10,363 до 10,582 мм, а площадь крыла увеличилась с 21,554 до 24,155 м². Масса самолета также возросла с 2450 до 2722 кг. Вооружение самолета усилили. 12,7-мм пулеметы перенесли из фюзеляжа в крылья, а на их месте в фюзеляже установили два 7,62-мм пулемета. Двухлопастный винт Hamilton Standard заменили новым винтом Curtiss Electric с изменяемым в полете шагом. Оконцовки крыльев и хвостового оперения приобрели прямоугольные очертания, что со временем также стало отличительной чертой самолетов фирмы. Самолет получил новый двигатель Pratt & Whitney «Twin Wasp» SC2-G (XR-1830-76). Новый мотор был чуть длиннее старого, что потребовало изменить форму капота. Кроме того, мотор оснащался двухскоростным двухступенчатым наддувом. Двигатель развивал стартовую мощность 897 кВт/1217 л.с. Но самое главное, двигатель меньше терял мощность с высотой. Так, на высоте 11000 фт/ 3353 м мощность составляла 785 кВт/1065 л.с., а на высоте 19000 фт/5791 м — 748 кВт/ 1014 л.с. Литера «X» в названии двигателя указывала на то, что это был прототип. Грумман отчаянно рисковал. Если бы новый мотор оказался столь же ненадежным, как и старый, это могло бы не только похоронить проект, но и погубить фирму. Но победить можно было только рискуя, и Грумман на этот риск пошел. В какой-то мере риск снижало то обстоятельство, что двухступенчатый наддув уже был известен на флоте. В 1935 году двухступенчатый наддув поставили на Vought XF3U-1, а в 1936 году — на прототипе Douglas XTBD-1 «Devastator».

Седьмой сошедший со сборочной линии завода фирмы Грумман истребитель F4F-3 был маркирован символикой эскадрильи VF-41 с авианосца «Рэйнджер»: лимонно-желтые верхние поверхности крыла, зеленое хвостовое оперение. Лимонно-желтая и зеленая краски наносились по неокрашенному дюралю, остальные части планера (за исключением другой символики) не окрашивались. Полоса на капоте и полоса вокруг фюзеляжа, а также шевроны на крыле — белые с черной окантовкой.

Результат неудачного приземления одного из первых серийных F4F-3 (самолет из эскадрильи VF-72), 25 февраля 1941 г., Гуантанамо-Бэй, Куба. Хвостовое оперение — блестящее черное, идентификационный цвет авианосца «Уосп», шевроны на крыле и полоса на капоте — блестящие черные с белой окантовкой.

Новый двигатель поставили на самолет в конце января 1939 года, а 12 февраля самолет, в кабине которого снова сидел Роберт Холл, поднялся в воздух с заводского аэродрома в Бетпейдже. В ходе второго полета, совершенного утром того же дня, отказал топливный насос, что заставило пилота совершить аварийную посадку. Но это была не единственная проблема мотора. Серьезные трудности возникали со включением второй ступени наддува. С одной стороны, вторая ступень заметно улучшала характеристики двигателя на высотах больше 10000 фт/ 3048 м, но с другой стороны, приводила к перегреву двигателя. Кроме того, воздух, выходящий из первой ступени наддува следовало охладить перед подачей во вторую ступень, иначе воздух нагревался до такой степени, что при смешивании с бензином происходило самовоспламенение. Это потребовало добавить в конструкцию двигателя промежуточный радиатор. Отмечались трудности и при полете на больших высотах. В разреженном воздухе топливо имело тенденцию к испарению в карбюраторе. Чтобы устранить эту проблему пришлось полностью герметизировать топливную систему.

После первых заводских полетов в Бетпейдже, 7 марта самолет перелетел в Анакостию для квалификационных испытаний. В их ходе выяснилось, что самолет недостаточно устойчив на курсе и плохо слушается рулей. В мае машину вернули на завод, где недостатки устранили. На 1? увеличили возвышение крыльев, горизонтальное оперение подняли на полметра, перенеся его с фюзеляжа на основание. Площадь горизонтального оперения увеличили, а руль направления уравновесили. Площадь элеронов сократили. Антенную мачту перенесли с капота за кабину, одновременно, наклонив ее вперед, чтобы увеличить длину антенны. В конце мая самолет прибыл в Филадельфию, чтобы пройти пробное катапультирование и посадку на палубу, а также совершить несколько ночных полетов. Во время этих испытаний самолет развил скорость до 537 км/ч на высоте 20500 фт/ 6248 м. Это было на 6 км/ч больше, чем оговаривалось в контракте. Кроме того, это было значительно больше, чем у конкурента Brewster F2A-2. Посадочная скорость, составлявшая 109 км/ч, была удовлетворительная. Самолет отличался хорошими летными качествами. В штопоре после десяти витков контроль за самолетом удавалось вернуть в ходе 0,5–0,75 витка, при этом самолет терял всего 500 м высоты. При сваливании самолет начинал слушаться рулей, потеряв всего 120 метров.

Кабина истребителя F4F-3. В центре приборной доски сгруппированы пилотажные приборы, на двух боковых панелях расположены приборы контроля работы двигателя.

Левый борт кабины истребителя F4F-3. За сектором газа расположена рукоятка управления триммерами.

Панель электропереключателей расположена над краном уборки/выпуска шасси по правому борту кабины. Чтобы выпустить или убрать шасси рукоятку крана требовалось повернуть 29 раз.