Первый лётный экземпляр собрали в феврале того же года, второй — в июле. Все машины первого десятка изготавливались по временной технологии и отличались друг от друга.
Два первых истребителя несли то же вооружение, что и XF4F-3, то есть два 7,62-мм и два 12,7-мм пулемёта. На всех последующих машинах из фюзеляжа их убрали, а в крыле — удвоили; теперь самолёт нёс четыре крупнокалиберных пулемёта с боезапасом по 450 патронов. Стволы двух крайних из них немного выступали из передней кромки крыла. Под крылом предусматривались два съёмных бомбодержателя; на каждый можно было подвесить бомбу калибром до 45 кг (100 фунтов).
На первом F4F-3 в ходе заводских испытаний выявилось бурное испарение топлива в баках при полёте на больших высотах. Паровые пузыри закупоривали магистрали, и двигатель без бензина глох. Причиной этого сочли недостаточную герметичность баков. В основной бак уложили резиновый пузырь, уплотнивший все стыки. Закипание топлива прекратилось, но резина уменьшила ёмкость, тем самым сократив дальность полёта. В августе 1940 г. первый лётный экземпляр истребителя передали фирме «Пратт-Уитни», которая стала использовать его как летающий стенд для испытания новых модификаций двигателя R-1830.
Вторая машина тоже прошла программу заводских испытаний и в том же августе 1940 г. перелетела в Анакостию. Там она около полугода облётывалась испытателями флота. Лётные данные оценили положительно, хотя подвергли некоторой критике состояние с продольной устойчивостью. При энергичном маневрировании заедало пулемётные ленты в рукавах подачи. В кабине было жарко и ощущался запах выхлопных газов. Фонарь кабины на некоторых режимах полёта вибрировал.
Первый серийный экземпляр F4F-3 перед облётом, февраль 1940 г. Обратите внимание на прорезь для правого фюзеляжного пулемёта и на выштамповку над его замком.
Второй серийный F4F-3 в полёте над Лонг-Айлендом, 1940 г.
F4F-3 из эскадрильи VF-42 в полёте, февраль 1941 г. Оперение покрашено в зелёный цвет, соответствующий авианосцу «Рейнджер»; на киле — заводской номер.
В результате морские лётчики-испытатели рекомендовали принять самолёт на вооружение, но потребовали внести изменения в расположение приборов и кранов в кабине, усилить хвостовое колесо и улучшить охлаждение двигателя. Для реализации последнего пункта машину передали NACA. Специалисты проверяли, как меняется температурный режим при различных размерах и конфигурации регулирующих створок капота. В итоге остановились на сочетании уширенных вдвое створок и «манжет» на лопастях винта. Эту конструкцию приняли для всех последующих серийных F4F-3.
На третьем и четвёртом серийных самолётах в июне 1940 г. установили моторы Райт R-1820-49 той же мощности (1200 л.с.). Но этот двигатель был однорядной «звездой», соответственно раму и капот под него делали другие. Этот вариант, названный XF4F-5, рассматривался как запасной на случай неудачи с доводкой мотоустановки с «Пратт-Уитни». Обе машины облётывались в Анакостии, но получили оценки ниже, чем F4F-3. Их максимальная скорость равнялась 493 км/ч. Позднее результаты этой работы использовали при проектировании ряда экспортных модификаций. Сами же истребители в 1942–1943 гг. вновь оснастили новыми двигателями: первый — R-1820-54 с турбонаддувом, второй — R-1820-48 с новым двухступенчатым приводным нагнетателем. Они участвовали в сравнительных испытаниях, летая с близким полётным весом. При этом на малых высотах выигрывал самолёт с приводным нагнетателем, на средних оба соперника были примерно равны, на больших высотах преимущество давал турбонаддув. Истребитель с R-1820-54 дошёл до скорости 547 км/ч, с R-1820-48 получили всего 508 км/ч.
На пятом и шестом (по другим источникам — пятом и восьмом) экземплярах отрабатывали новое вооружение в крыле и усиленное шасси. Шасси досталось новому истребителю от меньшего по размерам и более лёгкого F3F и, действительно, обладало недостаточной прочностью.
Ещё один самолёт из первого десятка переделали в XF4F-6 с двигателем R-1830-90. Взлётная мощность у него была та же, 1200 л.с., но нагнетатель стоял более простой, одноступенчатый, и с высотой мощность падала быстрее. За счёт более лёгкого мотора взлётный вес получился немного меньше, чем у серийного F3F-3, но в целом лётные данные ухудшились. Скорость не превышала 513 км/ч. После испытаний в Анакостии в ноябре 1940 г. этот самолёт вернули фирме «Грумман», где его потом использовали для опробования различных новшеств.
Первые истребители, пригодные для эксплуатации в строевых частях, начали сдавать в начале декабря 1940 г. От самолётов первого десятка они отличались отсутствием коков на втулке винта. К новому году флот принял всего 22 машины.
Первый опыт эксплуатации в 1941 г. сразу же выявил очередные дефекты F4F-3. При пикировании с большой скоростью начинало лопаться остекление козырька кабины — напор выдавливал плексиглас внутрь. Пришлось увеличить толщину стёкол.
В плоскостях истребителя монтировались надувные баллоны. Они должны были надуваться после вынужденной посадки на воду, удерживая самолёт на плаву. Но на практике система срабатывала сама по себе в полёте. Заторможенная неожиданным увеличением аэродинамического сопротивления машина срывалась в штопор или пикирование. При первом таком случае лётчику повезло: высота, на которой надулись баллоны, была достаточно большой, около 6000 м. Истребитель ушёл в пикирование, но когда он разогнался, поплавки оторвало, и пилот смог восстановить управление. Во втором случае лётчик намеренно ввёл самолёт в пикирование, чтобы сорвать баллоны. Однако отвалился только один из них, машина вошла в штопор и пилот погиб. Командование флота приказало не только прекратить монтаж поплавков на заводе, но и снять их со всех уже принятых F3F-3.
Два F4F-3 в полёте над океаном, февраль 1942 г.
Лётчики на все корки честили устаревший ручной привод уборки и выпуска шасси. И их можно понять: на взлёте надо следить за набором высоты, удерживать курс и работать триммерами, а одна рука у тебя занята ручкой лебёдки! На посадке ещё хуже: если колёса были выпущены на слишком большой скорости, механизм заедало и стойки заклинивались в промежуточном растопыренном положении. То же самое случалось, если рука лётчика соскальзывала с рукоятки. В результате — посадка на «брюхо» и выведенный из строя самолёт.
В 1940 г. командование американского флота выдало дополнительные заказы на производство F4F-3. Общая сумма их дошла сначала до 185, а затем до 200 самолётов. После выпуска первой сотни в машину внесли целый ряд изменений. Мотор R-1830-76 заменили на R-1830-86 с той же мощностью, но с большим ресурсом. На этих двигателях монтировали доработанные магнето. Внешне самолёты с новыми моторами отличались отсутствием воздухозаборника карбюратора в верхней «губе» капота — теперь воздух отбирался изнутри. Вместо одной большой створки на выходе тёплого воздуха ввели четыре маленькие, работавшие синхронно. В козырёк фонаря кабины вмонтировали бронестекло. Исчезла большая труба телескопического стрелкового прицела. Теперь на самолёте стоял современный коллиматорный прицел, располагавшийся за бронестеклом над приборной доской.
