У этих самолетов не было складных крыльев, поэтому их использовали в частях берегового базирования. На авианосцах применялись истребители «Martlet II», выпуск которых освоили позднее.
Примерно в то же время, что и Франция с Англией, ВМФ США также заинтересовался модификацией F4F-3 с менее капризным двигателем Wright «Cyclone» и заказал такой самолет в апреле 1940 года. Армейская модификация этого двигателя называлась R-1820-40. Его установили на третьем и четвертом серийных самолетах (№№ 1846 и 1847). Эти машины, облетанные в июне 1940 года, получили обозначение XF4F-5. С июля 1940 года самолеты прошли полный цикл сравнительных испытаний с серийными машинами F4F-3. Испытания проходили в Анакостии, их проводили заводские летчики-испытатели Конни Конверс и Бад Джиллис. Машины смогли развить скорость всего 492 км/ч на высоте 4572 м. Так как удалось заметно повысить надежность мотора «Twin Wasp» от XF4F-5 отказались. Оба прототипа остались в распоряжении фирмы и позднее использовались для различных экспериментов. Зимой 1942/43 г.г. оба XF4F-5 были модифицированы. На № 1846 поставили двигатель Wright R-1820-54 с турбонаддувом, а на № 1847 — прототип двигателя Wright XR-1820-48 с двухступенчатым механическим наддувом. Самолеты проходили сравнительные испытания. Взлетная масса № 1846 составила 3213 кг, а № 1847 — 3080 кг. Самолет с турбонаддувом, несмотря на большую массу, развил скорость 547 км/ч на высоте 8047 м, тогда как № 1847 сумел показать всего 505 км/ч на высоте 5883 м.
Полетная палуба авианосца «Энтерпрайз». Механики и оружейники готовят к боевому вылету «Уайлдкэты» из эскадрильи VF-6. Только два самолета (бортовые коды «F- 7» и «F-18») имеют, как положено, по пять красных полос на рулях направления, на рулях других самолетов нанесено по семь красных полос.
По ходу войны рисунок опознавательных знаков самолетов палубной авиации ВМС США не раз менялся. На «Уайлдкете» из эскадрильи VF-3 накрашивают крупные опознавательные знаки, введенные 5 января 1942 г.
Попытки обойтись без двухступенчатого наддува привели к тому, что осенью был заключен контракт на один самолет (№ 7031) с двигателем R-18 30–90 «Twin Wasp». Самолету присвоили обозначение XF4F-6. Новый двигатель оснащался двухскоростным одноступенчатым наддувом. Стартовая мощность мотора оставалась прежней, но на высоте 1859 м падала до 822 кВт/1115 л.с., а на высоте 3810 м — до 748 кВт/1014 л.с. Самолет с этим двигателем развивал на высоте 4907 м скорость 513 км/ч. Заказчик склонялся к тому, чтобы пожертвовать характеристиками машины взамен большей надежности двигателя. XF4F-6 в ноябре 1940 года перелетел в Анакостию, где еще долгое время проходил различные тесты. В конце февраля его использовали для испытаний специального кресла и новых органов управления, облегчающих пилоту работу при больших перегрузках. Предполагалось все F4F оснастить таким креслом. Карьера XF4F-6 кончилась 25 мая 1942 года, когда он разбился в NAF во время испытания новых закрылков, расположенных вдоль всей задней кромки крыла. Пилотировавший самолет подполковник Джеймс Тейлор погиб. Причиной аварии стал асимметричный выход закрылков, в результате которого самолет потерял управление.
Лейтенант Эдвард Батч О’Хара сфотографирован в кабине своего F4F-3 из эскадрильи VF-3, 10 апреля 1942 г. Лейтенант О’Хара был удостоен Почетной медали Конгресса за пять сбитых в воздушном бою японских самолетов. Храбрость, умелые действия в бою, помноженное на патриотизм, высокое мастерство и личное мужество позволили летчику-герою во время жестокого налета японских воздушных пиратов сохранить для флота авианосец «Лексингтон».
В начале 1941 года ВМФ США официально заказал 95 самолетов F4F-3A.
Первые 30 самолетов партии с серийными номерами в диапазоне 3875…3904 были направлены в Грецию. Их отправили морем в марте 1941 года по заказу греческого правительства. Самолеты успели прибыть в Гибралтар, когда в войну с Грецией вступила Германия. В течение нескольких дней судьба Греции была решена. Поэтому машины задержали в Гибралтаре. 11 марта 1941 года после подписания договора о ленд-лизе, самолеты достались англичанам, которые приняли их на вооружение как «Martlet III». Первоначально «греческие» истребители не имели серийных номеров, а несли оригинальные американские номера (от 3875 до 3904).
Остальные 65 машин F4F-3A поступили в эскадрильи морской авиации ВМФ США. Поскольку надежность двухступенчатого наддува удалось заметно повысить, заинтересованность в самолетах F4F-3A прошла. Больше таких самолетов не заказывали, а уже выпущенные машины после короткого периода службы на флоте передали корпусу морской пехоты.