Прототип разведчика облетал 30 декабря 1941 года испытатель фирмы Селден А. Конверс. После короткой программы заводских испытаний, 13 января 1942 года самолет передали в Анакостию. Квалификационные испытания прошли успешно, и ВМФ США заказал партию из ста таких машин. Однако удалось выпустить всего 21 самолет (с/и 5263…5283). Передача машин заказчику растянулась почти на весь 1942 год: от 13 января до 18 декабря. Остальные машины серии предполагалось завершить сначала как гидросамолеты F4F-3S, а затем как стандартные F4F-3, предназначенные для учебных целей. Боевая ценность разведчика оказалась сомнительной. Лишенный бронирования и вооружения самолет не годился для другой роли. Выдержать сутки в одиночку, запертым в тесной кабине, мог не каждый пилот. В результате от дальних одноместных разведчиков отказались.
Самолет поставил неофициальный рекорд беспосадочного перелета. 2-й лейтенант Энди Джексон за 11 часов перелетел на таком самолете из Нью-Йорка в Лос-Анджелес.
Следующая модификация F4F-3 имела заводское обозначение G-53. С фирмой был заключен контракт № 75736 на переделку серийного F4F-3 (5262). Переделка заключалось в том, что самолет i оснащался дуплексными закрылками, имевшими протяженность вдоль всей задней кромки крыла. Внутренний сегмент закрылков представлял собой штатные закрылки с пневмоприводом, тогда как наружный сегмент закрылков приводился в действие электромотором. Самолет облетали 5 мая 1942 года. Вскоре прототип разбился в результате несимметричного выхода закрылков. От дальнейших работ в этом направлении отказались.
Кому война, кому мать родна. Вот такой «матерью» стала война для самолета F4F-3P — вооруженного фоторазведчика. Это была полевая модификация серийного F4F-3. Переделку самолетов проводили в полевых мастерских. Переделка заключалась в том, что в нижней части фюзеляжа справа устанавливали фотокамеру с 30-дюймовым (762 мм) объективом. Снаружи объектив закрывался шторкой, которая управлялась с места пилота в кабине. Переделке подверглись по меньшей мере десять самолетов: 1849, 1852, 1856, 1865, 1867 1870, 1871, 1875, 1880 и 1894. Точное число самолетов F4F-3P не известно.
Опыт первого года войны на Тихом океане показал важность воздушного прикрытия десантных операций. Требовался истребитель, способный обходиться без аэродромов и авианосцев. Американцы, вероятно под впечатлением от японского гидросамолета A6M2-N, решили обзавестись похожей машиной. В октябре 1942 года ВМФ США передал корпорации «Edo» в Лонг-Айленде один F4F-3 (№ 4038) с целью создать на его базе гидросамолет. Машине присвоили официальное обозначение F4F-3S, а неофициально назвали «Wildcatfish». Фирма «Edo» специализировалась на производстве поплавков для гидросамолетов и была в этой области монополистом. По своей массе «Wildcat» следовало поставить на два поплавка. С самолета сняли шасси, а колесные ниши закрыли дюралевым листом. Чтобы не нарушать продольной устойчивости самолета, на концах горизонтального стабилизатора добавили дополнительные шайбы. В середине февраля 1943 года самолет был готов и 28 февраля летчик-испытатель фирмы «Grumman» Ф. «Хэнк» Карт облетал самолет. 5 марта самолет прибыл в Анакостию, где его испытали пилоты ВМФ США. Полеты показали недостаточную продольную устойчивость самолета. Чтобы исправить этот недостаток, под фюзеляжем машины установили дополнительный стабилизатор. 6 июня 1943 года самолет перелетел в Норфолк, где испытывалась устойчивость машины на высокой волне. Испытания показали, что самолет может взлетать при волнении два балла (высота волны 0,6 м). По результатам испытаний было решено переоборудовать 100 F4F-3 в F4F-3S. На фирме «Edo» разместили заказ на 100 комплектов поплавков. Позднее, было решено переделать в гидросамолеты машины, из числа аннулированной серии F4F-7. Однако от этого плана отказались. Как показали испытания, самолет с поплавками развивал всего 388 км/ч. Это было даже хуже, чем у японских бомбардировщиков, поэтому боевая ценность гидросамолета оказалась сомнительной. Кроме того, американцы разработали стратегию, которая предусматривала высадку на острова, уже имеющие аэродромы или на острова, где аэродром можно было построить. Батальоны аэродромного строительства («Seabees») отладили технологию строительства аэродромов до такой степени, что для организации аэродрома требовалось всего несколько дней. Поэтому от выпуска F4F-3S отказались. Самолеты достроили как стандартные F4F-3 и передали их в распоряжение Naval Training Command.
Кампания на Соломоновых островах потребовала увеличить дальность полета F4F. Увеличить дальность полета решили нетрадиционным способом. Для экспериментов выделили два истребителя «Wildcat», которых пилотировали У.X. МакКлер и Р.У. Дьюбо. Сначала истребители пытались буксировать самолетом Douglas DB-1 (морской вариант штурмовика А-20 «Havoc»). Одиночный «Wildcat» летел на буксире на высоте 2700 м со скоростью 240 км/ч. 6 мая 1942 года предприняли попытку буксировки бомбардировщиком В-17 сразу двух истребителей в течении восьми часов. Теоретически, такая возможность была показана. Но требовалось разработать соответствующее буксировочное оборудование как для буксира-бомбардировщика, так и для буксируемых истребителей. Для истребителя требовался Y-образный буксир. Имелась возможность крепить простой буксирный трос асимметрично, но при этом пилоту приходилось компенсировать перекос рулем направления.
Во второй половине 1942 года — во время боев за Гуадалканал — в эскадрилье VF-6 стали подвешивать под фюзеляж небольшой бак объемом 42 галлона (159 л). Из-за малого клиренса самолета большего размера бак подвесить было невозможно. Делом заинтересовалось Бюро Аэронавтики, которое поручило фирме «Grumman» модифицировать топливную систему самолета так, чтобы иметь возможность подвешивать под крыльями два бака. Это задание выполнил инженер Карл Андерсон. В разработанном им проекте под крыльями подвешивались два бака объемом по 58 галлонов (220 л). Баки подвешивались к консолям крыльев. В месте подвески крыло следовало усилить, оснастить замком и самозакрывающимся клапаном. Вся система, включая топливные баки, утяжеляла самолет на 750 фунтов (340 кг). После сброса баков летные качества самолета становились паспортными. Доработанные таким образом самолеты начали поступать в боевые части в конце января 1943 года. Подвесные баки заметно увеличивали радиус действия самолета, позволяя истребителям появляться там, где японцы совсем не ожидали их увидеть.
Грумман предложил еще одну модификацию: F4F-4A с двигателем Pratt & Whitney R-1830-90, то есть тем же, что и на F4F-3A, но оснащенным двухскоростным двухступенчатым наддувом. ВМФ США не заинтересовалось этим предложением.
Экспериментально один F4F-4 был оснащен крылом с размахом увеличенным до 12,81 м. Цель этого эксперимента нам не известна.
Другой любопытной модификацией истребителя, был экземпляр, оснащенный так называемыми «предохранителями». У самолета специально ослабили крепления оконцовок крыла, предполагая, что они будут обламываться при чрезмерных перегрузках (например, при выходе из пикирования), абсорбируя часть энергии и предохраняя тем самым от разрушения остальные несущие элементы планера. У самолета уменьшили размах крыла до 10,98 м, а ослабленные крепления оконцовок расположили в 1,07 м от внешней кромки. После отделения оконцовок размах крыла уменьшался до 8,85 м. Испытания прошли успешно, но от дальнейших работ в этом направлении отказались. Слишком велика была вероятность того, что обломится только одна оконцовка, а это могло привести к потере управляемости.
Некоторое число самолетов приспособили для фоторазведки. Эти самолеты, обозначаемые как F4F-4P, переделывались в полевых мастерских по тому же образцу, что и F4F-3P.
До конца 1942 года было выпущено 1169 самолетов F4F-4 всех вариантов.
Англичане пожелали продолжить сотрудничество с фирмой «Grumman». По ленд-лизу Америка передала Великобритании очередную партию в 220 истребителей «Martlet». Англичане присвоили им обозначение «Martlet IV». На американском флоте эти машины были известны как F4F-4B. Машины во многом соответствовали стандарту F4F-4, отличаясь от него двигателем. Экспортные самолеты оснащались девятицилиндровым двигателем GR-1820-G205A-3. Поскольку двигатель имел иные габариты (более короткий при большем диаметре), имелись особенности и в конструкции капота. По сравнению с F4F-4 капот был короче и отличался какой-то округлостью. В нем отсутствовал характерный воздухозаборник наддува. Вместо четырех створок, регулирующих воздушный поток через двигатель, экспортные самолеты с каждого борта имели по одной створке несколько большей ширины. Вместо винта Curtiss Electric с характерными накладками, увеличивающими воздушный поток через двигатель, истребители «Martlet IV» оснащались винтами «Hamilton Standard» без накладок. Двигатель R-1820 не имел тенденции к перегреванию, поэтому дополнительные створки и накладки на лопастях были излишни.
Война на Тихом океане заставила ускорить работу над новыми самолетами. Грумман подписал контракт на создание нового палубного истребителя, получившего известность под названием F6F «Hellcat». Требовалось освободить сборочные цеха для выпуска новых самолетов. Выпуск истребителей F4F «Wildcat» было решено передать корпорации General Motors, которая имела свободные производственные мощности. В начале 1942 года состоялись первые заседания смешанной комиссии, занимавшейся переводом выпуска самолетов «Wildcat» и «Avenger» на заводы General Motors. За одно, фирма «Grumman» передала выпуск и амфибий «Duck» и «Widgeon». В течение нескольких месяцев пять простаивающих заводов General Motors были реорганизованы. Их подчинили новосформированному подразделению концерна — «Eastern Aircraft Division». С помощью инженеров фирмы «Grumman» на заводе в городе Линден, штат Нью-Йорк начался выпуск истребителей F4F-4 «Wildcat». Первоначально предприятие осуществляло только сборку истребителей из частей, поставляемых фирмой «Grumman», а позднее приступило к полностью самостоятельной работе. Первый «Wildcat», выпускавшийся под обозначением FM-1, облетали 1 сентября 1942 года. До конца 1942 года удалось выпустить на новом месте всего 21 самолет, но с 1943 года темпы выпуска резко возросли. С июня 1943 года «Grumman» полностью свернул выпуск истребителей F4F. На заводе «General Motors» в конструкцию истребителя внесли единственное, но важное изменение. Самолету вернули прежнее вооружение — четыре 12,7-мм пулемета в крыльях с боекомплектом 450 выстрелов на ствол. Такое вооружение появилось уже на одиннадцатом FM-1. В полевых мастерских перед этим часто модифицировали шеститочечное вооружение следующим образом: два внешних пулемета отделяли от общего спускового механизма. Бой самолет вел четырьмя пулеметами, а два пулемета с минимальным боекомплектом оставались «про запас» на обратную дорогу.
Всего корпорация «General Motors» выпустила 909 истребителей FM-1.
Из этого числа 312 самолетов по ленд-лизу передали Великобритании, где им присвоили обозначение «Martlet V». Самолеты получили серийные номера JV325…JV636. Они были полностью идентичны американским FM-1. Англичане, правда, были не против шести пулеметов, но по соображениям унификации на экспортных машинах оставили четыре пулемета. Англичане получили 311 самолетов, в том числе два еще до конца 1942 года. Еще один самолет разбился во время пробного полета.
Казалось, что с появлением новейших истребителей F4U «Corsair» и F6F «Hellcat» эра «Диких Котов» должна была уйти в прошлое. Однако появление в составе флота США большого количества эскортных авианосцев дала самолету новый шанс. «Wildcat» был заметно легче и меньше, чем «Corsair» и «Hellcat». В 1942 году Бюро Аэронавтики провело конкурс на новый истребитель для легких эскортных авианосцев с короткой палубой. Фирма «Grumman» предложила все тот же «Wildcat», облегченный и оснащенный более мощным двигателем. Подписали контракт на сборку двух прототипов XF4F-8, которым присвоили серийные номера 12228 и 12229. Конструкторы фирмы приложили все усилия, чтобы до предела снизить массу машины. На самолете оставили четыре пулемета с боекомплектом 450 выстрелов на ствол. В качестве двигателя выбрали прототип Curtiss (Wright) XR-1820-56 мощностью 972 кВт/1318 л.с. Двигатель оснащался одноступенчатым двухскоростным наддувом, а также был заметно легче при большей мощности. Благодаря использованию кованных головок цилиндров удалось снизить массу двигателя на 230 фунтов (104 кг). Серийный R-1820-56 дал мощность 1009 кВт/1369 л.с. Двигатель агрегатировался с обычным трехлопастным винтом «Hamilton Standard» без накладок на лопастях. Новый двигатель потребовал изменить конструкцию капота. Внешне капот напоминал капот самолета XF4F-5/»Martlet IV». Вместо двух коллекторов выхлопных газов каждый цилиндр оснастили своим выхлопным патрубком, которые собирались в группы по четыре. Две группы выводились на бортах, а две — под днищем. Изменили конструкцию крыльев, оснастив их щелевыми закрылками. В результате общая масса самолета уменьшилась на 530 фунтов (240 кг) по сравнению с серийным F4F-4. Сухая масса обоих прототипов XF4F-8 составляла 2433 кг (5365 фунтов).
Первый прототип облетали 8 ноября 1942 года. Затем машину передали в Анакостию для квалификационных испытаний. Первой дала о себе знать недостаточная продольная устойчивость, вызванная большим крутящим моментом двигателя. Это заставило увеличить высоту киля на втором прототипе на 9 9/16 дюйма (243 мм). Затем выяснилось, что щелевые закрылки менее эффективны, чем применявшиеся прежде закрылки крокодилового типа. Поэтому самолету вернули прежние закрылки. На втором прототипе, который оставался на заводе и использовался для различных экспериментов, маслорадиатор перенесли из-под крыльев под капот двигателя, где стало просторней, благодаря применению одноступенчатого наддува.
Испытания в Анакостии показали, что самолет стал немного быстрее, чем серийный F4F-4, скороподъемность возросла до 950 м/мин, дальность полета увеличилась на 160 км, улучшилась и маневренность самолета. Несмотря на одноступенчатый наддув, вырос и практический потолок самолета с 33700 фт/10272 м до 35600 фт/10850 м. Однако с высотой двигатель стремительно терял мощность. Так, на высоте 18500 фт/5639 м он развивал всего 673 кВт/912 л.с.
Испытания прототипов XF4F-8 завершили в начале 1943 года с положительной оценкой. В начале 1943 года ВМФ США заказал партию из 1265 таких самолетов. Поскольку выпуск истребителей в это время уже передали корпорации «General Motors», в серию самолет пошел под обозначением FM-2. Образцом для серии стал второй прототип XF4F-8 (№ 12229). Фирма «Grumman» передала корпорации «General Motors» всю необходимую документацию. Выпуск новой модификации организовали в Линдене. К осени 1943 года первые FM-2 поступили в части осенью 1943 года. До конца 1943 года удалось выпустить 310 FM-2. В 1944 году ежемесячно выпускалось более 200 самолетов. До конца года число выпущенных истребителей составило 2890 штук. В мае 1945 года собрали последние 60 экземпляров FM-2, после чего выпуск истребителей свернули. Всего было выпущено 7251 истребитель «Wildcat» всех модификаций, в том числе 4777 на предприятиях «Eastern Aircraft Division». Серийные FM-2 немного отличались от прототипа XF4F-8. Вместо винта «Hamilton Standard» использовался винт «Curtiss Electric» без накладок на лопастях. На некоторых машинах стоял двигатель R-1820-56W или -56WA, оснащенный системой впрыска в цилиндры смеси воды с метанолом. Соответственно, на самолетах имелся бак для смеси объемом 117 галлонов США (443 л). Этого количества смеси было достаточно для десятиминутной работы двигателя. Резервный бак на самолетах отсутствовал. Начиная с 2401-го экземпляра (№ 570044) объем бака для смеси увеличили до 126 галлонов (477 л). Кроме того, все FM-2 могли нести под крыльями подвесные 220-литровые баки. Начиная с 3301-го экземпляра (№ 74359) под крыльями устанавливали точечные крепления Mk 5 для подвески шести 127-мм ракет HVAR.
В январе 1944 года в Англии истребителям «Martlet» сменили название на '< Wildcat», дополнив его цифрой, указывающей на номер серии.
В начале 1944 года англичане по ленд-лизу получили 370 FM-2, которым присвоили обозначение «Wildcat VI». Доставленные англичанам самолеты ничем не отличались от серийных FM-2.
Конструкторы «Eastern Aircraft Division» пытались продолжить работы по совершенствованию истребителя. На самолет пытались поставить двигатель Wright R-1820-66 с турбонаддувом. Было получено разрешение на постройку трех прототипов, которым присвоили обозначение XF2M-1 и серийные номера S2855…82857. Но в виду очевидного конца войны от дальнейшего совершенствования самолета отказались. Один из незавершенных прототипов позднее передали в NAF в Филадельфии.
И другие экземпляры истребителя использовались для различных экспериментов. Например, несколько самолетов оснащались вспомогательными стартовыми ракетными двигателями (Jet-Assisted Take-Off- JATO). Испытывались различные виды подвесного вооружения. Несколько машин передали фирмам Pratt & Whitney и Curtiss-Wright для испытания на них различных двигателей.