Прототип XF4F-2 (Bu№ 0383) сфотографирован на заводском аэродроме фирмы Грумман в Бэйтпэдже. Первый полет самолет выполнил 2 сентября 1937 г. Конкурентами тшины фирмы Грумман в контракте на первый истребитель моноплан для палубной авиации американского флота являлись истребители Брюстер XF2A-1 и Северский XNF- 1. Из-за проблем с силовой установкой XF4F-2 флот предпочел самолет Брюстера.

XF4F-2

XF4F-3 (4-19-39)

F4F-3

F4F-3S

Martlet Mk I

F4F-3A/Martlet Mk III

F4F-4

Martlet II

F4F-7

Martlet IV

FM-1 Martlet V

FM-2/Wildcat VI

В ходе проектных работ с самолета убрали оба старых крыла, а на их месте установили новое трапециевидное крыло с закругленными оконцовками. Крылья разместили на уровне оси винта, получив классический среднеплан. Поскольку верхнее крыло отсутствовало, кабину пилота сдвинули вперед. Чтобы улучшить обзор, в нижней части бортов кабины проделали по иллюминатору.

Фюзеляж имел цельнометаллическую конструкцию с несущей металлической обшивкой. Рули и элероны были обтянуты тканью. Крыло с закругленной оконцовкой имело профиль NACA 230, обеспечивающий отличные летные качества. Вооружение самолета состояло из пары 12,7-мм пулеметов, установленных в верхней части фюзеляжа. Предусматривалась возможность установить в крыльях еще два 12,7-мм пулемета, а также подвесить две 100-фунтовые (45,4 кг) бомбы.

Фирма отдавала себе отчет в одном обстоятельстве. Чтобы победить конкурентов, требовалось создать не просто хороший, а безусловно лучший самолет. В условиях отсутствия опыта это было делом непростым. Поэтому следовало создать прототип как можно быстрее, чтобы иметь время на доработки, которые в любом случае делать придется. В результате прототип удалось поднять в воздух уже 2 сентября 1937 года — на два месяца раньше, чем конкурирующая модель XF2A-1 «Brewster Aeronautical Corporation». Первый полет на самолете совершил летчик испытатель, а по совместительству и конструктор фирмы Роберт Л. Холл. С самого начала проявились проблемы с мотором. Постоянно отмечались повреждения серебряного напыления главного подшипника. Такое повреждение на долго выводило самолет из строя. 23 декабря машина прибыла в Анакостию на Военно-морскую авиационную станцию (NAS) для проведения квалификационных и сравнительных испытаний. На протяжении января 1938 года самолет совершал полеты. Им управляли Боб Холл и Селден А. Конверс — оба летчики-испытатели фирмы «Grumman». Несмотря на все усилия специалистов фирмы «Pratt & Whitney» проблемы с двигателем устранить не удалось. Но Лерой Грумман приказал продолжать испытания, на этот раз сравнительные с конкурирующими машинами.

В ходе испытаний по посадке и взлету с авианосца, которые проводились в Филадельфии, самолет XF4F-2 потерпел аварию из-за отказа двигателя. Прототип переоснастили мотором Пратт-энд-Уитни XR-1830-76, после чего самолет получил обозначение XF4F-3. XF4F-3 отличался крылом большего размаха с «обрезанными» законцовками и измененной формой хвостового оперения.

Специалисты фирмы Грумман перепробовали множество способов улучшения охлазкдения двигателя, устанавливая различные воздушные винты, коки винтов и меняя форму и количество створок капота мотора. На снимке — XF4F-3 с воздушным винтом с широкими лопастями. Этот винт сочли неэффективным, на серийные F4F-3 он не ставился.

Сравнительные испытания проходили в начале 1938 года. Оказалось, что XF4F-2 на 16 км/ч быстрее чем XF2A-1 и на 64 км/ч быстрее чем XNF-1, развивая максимальную скорость 467 км/ч. По летным качествам XF4F-2 лишь немного уступал XF2A-1. 14 февраля самолет ненадолго вернулся на завод для небольших доработок и осмотра двигателя. Уже 16 февраля на полигоне в Далгрине состоялась последняя фаза испытаний. Самолет показал свое поведение в штопоре, пикировании. Кроме того, провели пробные стрельбы. Боб Холл провел пикирование как с подвешенными макетами бомб, так и без них. Самолет легко выходил из пикирования, допуская перегрузки до 8,5 g. 6 апреля 1938 года самолет прибыл на Военно-морской авиационный завод (NAF) в Филадельфии. 11 апреля, во время показательной посадки на учебную палубу, двигатель вышел из строя и посадка прошла в аварийном режиме. В этом полете самолетом управлял капитан Герни — обычный пилот палубной авиации, не искушенный в тонкостях управления данным самолетом в отличие от летчиков-испытателей фирмы. Самолет попал на мягкий грунт и капотировал. Вышло из строя шасси, киль, винт, капот двигателя и оконцовка правого крыла. Пилот отделался легким испугом. Повреждения, вызванные капотажем, хотя и не затронули основных агрегатов самолета, внешне выглядели очень эффектно. В результате, приемочная комиссия заключила контракт с фирмой «Brewster» на поставку 54 самолетов для ВМФ США. Грумман пытался сопротивляться. Меньше чем через две недели прототип снова был готов к полетам. В июне его обдули в аэродинамической трубе Лэнгли-Филд, штат Вирджиния. К середине августа машина совершила 102 полета, проведя в воздухе 188,2 часа.