Белл незамедлительно приступил к постройке прототипа. Работами в этой области руководил инженер Фрэнк «Сэл» Сэлсбери. Задачи Роберта Вудса в тот период были ограничены.
Работы начались со сборки модели самолета и обдувки ее в аэродинамической трубе. В ходе обдувки выяснилось, что принятый для оконечностей крыльев профиль не отвечает предъявляемым требованиям. Во время полета с большим углом атаки крыла возникала чрезмерная разность подъемной силы между основанием и концом крыла. Это приводило к неэффективности элеронов в некоторых режимах полета. Проблему удалось решить, сменив профиль конца крыла на профиль NACA 23009, который позднее применялся на всех серийных Р-39. После подписания контракта конструкция самолета претерпела заметные изменения. Пришлось электрифицировать спуск оружия и механизм уборки шасси. Ручной механизм уборки оставили в качестве аварийного. Площадь крыльев увеличили до 19,82 м². Одновременно с планером изменялась и двигательная установка. Прежде всего изменился сам двигатель. Уже в начале 1938 года фирма Allison предложила установить на ХР-39 двигатель, разработанный по заказу ВМФ США. Этот двигатель, принадлежавший к серии «Е», получил обозначение V-1710-E2 или V-1710-17. Двигатель был оснащен турбонаддувом В-1 фирмы General Electric. Новый турбонаддув представлял собой значительно усовершенствованный наддув Form F-10, применявшийся на двигателе раньше. Однако это был еще не конец изменений. В декабре 1938 года на прототип установили новый турбонаддув В-5. Этот узел был спроектирован специально для ХР-39. Его особенностью было такое подключение выхлопных патрубков, что одновременно в один из четырех контуров наддува поступали газы только из одного цилиндра. Новый узел, имеющий несколько большие размеры, разместили под двигателем. Это потребовало убрать закрылки с центроплана. Одновременно в днище фюзеляжа появились четыре характерные выхлопные трубы для эвакуации выхлопных газов из турбины. Двигатель вращал трехлопастный воздушный винт фирмы Curtiss Electric. Крутящий момент на конечную передачу передавался валом длиной около 3 метров.
ХР-39 (38-326) на аэродроме Райтфилд, 10 февраля 1939 года.
В декабре 1938 года произошло еще одно событие. В этом месяце USAAC окончательно определился с вооружением для нового истребителя. Было решено заменить 25-мм пушку 37-мм пушкой Browning образца 1924 года.
Прототип получил серийный номер 38-326 и был готов к полетам в январе 1939 года. Самолет имел цельнометаллическую конструкцию, лишь поверхности рулей были обтянуты полотном. Во время наземных испытаний кабина самолета имела фонарь, который почти не имел рам. Единственной деталью, ограничивающей обзор, была рама входных дверей. Сами входные двери представляли собой еще одно, совершенно неожиданное для истребителя техническое решение. Двери располагались в левом и правом борту кабины. Двери имели опускаемые с помощью ручки стекла и оснащались карманами для топографических карт. Колеса главного шасси не имели щитков. Переднее колесо целиком в фюзеляж не убиралось. Его небольшая часть выступала наружу через специальную прорезь в створках люка. Но наиболее заметной внешней деталью прототипа ХР-39 были выступающие по бортам фюзеляжа воздухозаборники. Воздухозаборники располагались за двигателем. Слева в фюзеляже помещался воздухозаборник для дополнительного радиатора (intercooler). Справа находился маслорадиатор и воздухозаборник турбонаддува. У основания левого крыла на передней его кромке находился воздухозаборник радиатора. Систему охлаждения заправляли антифризом под торговой маркой Prestone.
В первый раз двигатель ХР-39 запустили 4 декабря 1938 года в Баффало. При этом выяснилось, что двигатель быстро перегревается и сильно вибрирует, что, в свою очередь, вызывает сбои в работе двигателя. Вибрацию, вызываемую длинным валом, предвидели, однако она оказалась гораздо сильнее предполагаемой. Чтобы исправить ситуацию, инженеры фирмы Allison предложили заменить механический глушитель вибрации вала на гидравлический. С новым глушителем вибрация стала меньше. Вскоре выяснилось, что сам вал нуждается в усилении. Прочность вала увеличили, увеличив толщину его стенок. Это окончательно устранило проблему, причем устранило ее радикально. В результате «Аэрокобры» заслужили справедливую репутацию самолетов с самыми ровно работающими двигателями. Но все эти изменения были внесены в конструкцию самолета уже в 1939 году. А пока Bell начал постепенно терять запас отрыва от конкурента. Конкурентом же была фирма Lockheed с прототипом ХР-38. Следует иметь в виду, что прототипы ХР-38 и ХР-39 в соответствии с требованиями USAAC должны были пройти сравнительную оценку. По результатам оценки в серию планировалось пустить лучший самолет. 11 февраля Бил Келси провел перелет с западного на восточное побережье США. Он сидел за рулями ХР-38. Келси собирался побить рекорд, поставленный Говардом Хьюзом. Несмотря на то, что самолет разбился при посадке на аэродроме Митчелфилд, новый рекорд был поставлен. Lockheed поспешил раздуть этот факт. Тем паче, что во время промежуточной посадки на аэродроме Райт-Филд Келси получил официальное одобрение со стороны нового начальника USAAC, генерала Хэпа Арнольда.
В этой ситуации следовало сделать все, чтобы ускорить работы над ХР-39. С 29 декабря 1938 года самолет находился на аэродроме Райт-Филд. Туда машину доставили по железной дороге в разобранном виде. При транспортировке были повреждены оба крыла. Этим происшествием только началась серия неудач. После ремонта и сборки самолет подвергли осмотру. По его результатам специалисты USAAC предложили сделать несколько переделок, прежде чем самолет поднимется в воздух. Одним из изменений было установить на самолет фонарь с более массивной рамой. Переделку прототипа закончили к 8 февраля, когда двигатель самолета запустили. Тут же всплыла другая проблема — слабость системы охлаждения. Многочисленные переделки не давали положительного результата. Специалисты фирмы Allison были вынуждены демонтировать двигатель. Двигатель сняли сразу после первой рулежки, состоявшейся 1 марта 1939 года. Назад двигатель установили 25 марта, после чего испытания самолета немедленно возобновились. Результаты новых испытаний не внушали оптимизма. Двигатель по-прежнему перегревался, кроме того, выявилась уже упоминавшаяся выше вибрация, которая особенно явственно ощущалась при работе двигателя на максимальных оборотах. При режиме работы более 2700 об./мин. двигатель входил в резонанс. Время утекало как песок сквозь пальцы. Не решив всех проблем, Белл все же дал санкцию на пробный полет, который состоялся 6 апреля 1939 года. За штурвалом сидел Джеймс Тейлор, старый морской пилот, работавший по временному контракту с Bell, поскольку фирма до сих пор не обзавелась собственным летчиком-испытателем. Первый полет продлился 20 минут. В своем дневнике Тейлор записал: «Сегодня я летал на самолете. В воздухе все обошлось. Проблемы доставил радиатор масла». Следует признать, что это не слишком исчерпывающее описание полета. Однако из него следует, что проблемы с охлаждением масла были очень серьезными. Второй пробный полет произвели уже на следующий день. На этот раз на аэродроме присутствовал сам генерал Арнольд. И снова двигатель перегрелся. Тейлору пришлось сократить время полета. На протяжении следующих пятнадцати дней все усилия были направлены на то, чтобы устранить перегрев двигателя. На 22 апреля назначили третий полет. Переделки системы охлаждения не дали ожидаемых результатов. Тем не менее, пробные полеты показали, что машина имеет огромный потенциал. Многие источники сообщают, что в ходе первых полетов удалось разогнать самолет до 628 км/ч (390 миль/ч), а высоту 6100 метров самолет набирал за 5 минут.
