В апреле 1942 года началось производство "стюартов" модификации M3А1. Основные изменения затронули конструкцию башни. Внешне она представляла собой "подковообразную" башню М3, но без командирской башенки. Для посадки членов экипажа служили два треугольных люка в крыше башни. В распоряжении наводчика и заряжающего имелись перископические приборы наблюдения. Вращение башни осуществлялось с помощью гидропривода, в отличие от М3, снабжавшегося только ручным приводом. Возросшая скорость поворота башни потребовала внесения изменений в ее конструкцию. В частности, она получила полик, а рабочие места располагавшихся здесь членов экипажа оборудовали сиденьями.
В маск-установке М23 была смонтирована 37-мм пушка Мб, стабилизированная в вертикальной плоскости, что позволяло значительно повысить точность огня с ходу. Правда, для этого требовалась длительная подготовка наводчиков, что в реальных условиях было трудноосуществимо. Неподвижные пулеметы М1919А4 в спонсонах были сняты. На их месте разместили дополнительную боеукладку. В результате боекомплект танка составил 116 артвыстрелов и 6400 патронов.
С апреля по август 1942 года производство M3А1 велось параллельно с М3. Изменения вносились постепенно, поэтому на некоторых М3 поздних выпусков встречались сварные корпуса и новые башни, но без полика и гидропривода поворота (эти машины получили название Stuart Hybrid). На части M3А1 ранних выпусков можно было увидеть пулеметы в спонсонах (на промежуточных машинах их амбразуры заваривали круглыми заглушками) и клепаные корпуса. Всего до февраля 1943 года выпустили 4621 танк M3А1, из них — 211 с дизелем Guiberson Т-1020-4 (английское обозначение — Stuart IV). Следует отметить, что танки M3А1 со сварными корпусами должны были получить обозначение M3А2, но в действительности оно никогда не применялось.
Танк M3А1 (diesel). 1-й танковый батальон морской пехоты, остров Гуадалканал, 1942 год
Легкий танк M3A3 на Абердинском полигоне. 1942 год
В апреле 1942 года военные выдали техзадание на разработку улучшенной версии танка M3А1. Одним из главных его недостатков был высокий и короткий корпус, остававшийся практически неизменным с 1935 года. Архаичность этой конструкции давно стала очевидной. Теснота в боевом отделении была неимоверной — механик-водитель и его помощник размещались чуть ли не в ногах у наводчика и заряжающего. Кроме того, весь лобовой лист корпуса занимали откидные крышки люков, что существенно снижало снарядостойкость.
На новой модификации внедрили полностью сварной корпус с лобовым листом, смещенным вперед и расположенным под большим углом наклона. Бортовые листы устанавливались под углом 20° к вертикали. За счет изменения конфигурации лобовой части корпуса удалось сместить вперед места механика-водителя и его помощника и оборудовать для них в крыше корпуса два люка-лаза. Наблюдение за местностью они могли вести с помощью двух перископов, установленных в крышках люков. Бортовые спонсоны ликвидировали, лобовой лист стыковался с бортовыми наклонными скулами. В обитаемом отделении танка стало значительно просторнее. Кроме того, помощник механика-водителя перестал обслуживать рацию, за ним сохранились лишь функции пулеметчика. Рацию же перенесли в башню, а ответственным за поддержание внешней связи стал командир машины.
Увеличилась в объеме и башня — в ней была предусмотрена кормовая ниша, в которой размещалась радиостанция. Два люка, больших, чем прежде, размеров, облегчали посадку экипажа в танк. Для пушки и спаренного пулемета применялась новая литая маск-установка М44. Кронштейн зенитного пулемета сместили вперед, и теперь он располагался посередине правого борта башни. Защищенность обоих бортов повысили за счет размещения на них шпор-грунтозацепов для гусениц. Вместе с тем, отказались от гидропривода поворота башни, вернув ручной механизм. Однако теперь он стал дублированным — маховики поворота башни имелись и у наводчика, и у командира.
За счет увеличившегося забронированного объема боекомплект танка довели до 174 артвыстрелов и 7500 патронов.
Поскольку предполагалось, что большинство M3A3 будут отправлены в Северную Африку, их оборудовали противопылевыми крыльями британского образца.
Масса танка, по сравнению с M3А1, возросла на 2 т. Из-за этого пришлось изменить передаточное отношение коробки передач с 2,41:1 на 2,57:1. В остальном двигатель, трансмиссия и ходовая часть остались такими же, как у М3 и M3А1.