Компании Grumman было предложено улучшить курсовую устойчивость самолетов F2F, штопорные характеристики и общую маневренность. Опытный образец самолета Grumman XF3F-1 сохранил двигатель R-1535-72, но его фюзеляж удлинился на 0,56 м, размах крыльев увеличился на 1,07 м. Кроме того, были внесены незначительные аэродинамические усовершенствования.
Летчик-испытатель Джимми Коллинз поднял самолет в воздух 20.03.1935 в Фармингдэйле, а двумя днями позже он погиб, когда при выходе из пикирования отвалились крылья и двигатель. В том испытательном полете перегрузка составила 9g, превысив расчетную. Поэтому второй опытный самолет был построен с усиленным фитингом крепления нижнего крыла и моторной рамой.
Самолет поднялся в воздух 09.05.1935 и затем был доставлен на авиационную базу Анакостиа для оценочных испытаний. 17 мая самолет вошел в плоский штопор, из которого невозможно было выйти, и пилот был вынужден выброситься с парашютом. Восстановленный за три недели самолет был снабжен небольшим подфюзеляжным зализом внизу хвостового конуса-обтекателя, добавленного после продувок в штопорной аэродинамической трубе исследовательского центра NACA.
Всего было заказано 54 серийных истребителя F3F-1. в апреле 1936 года самолеты были приняты на вооружение эскадрильи авианосца «Ranger», а в июне – эскадрильи авианосца «Saratoga».
После 1941 года самолеты F3F-1 использовались в учебно-тренировочных подразделениях.

было построено 54 самолета для ВМФ США, аналогичных XF3F-1, но оснащенных двигателем R-1535-84 «Twin Wasp Junior» с двухлопастным воздушным винтом компании Hamilton Standart с гидравлически управляемым шагом. Вооружение состояло из пулемета Browning калибра 7,62 мм, расположенного в носовой части фюзеляжа, и пулемета Browning калибра 12,7 мм по правому борту;

партия самолетов F3F-1, модернизированная к стандарту самолетов XF3F-2 с звездообразным поршневым двигателем Wright XR-1820-22 «Cyclone» с наддувом мощностью 850 л.с., вращающим трехлопастной воздушный винт управляемого шага. Запас топлива был увеличен до 492 л. ВМФ США заказал 81 самолет;

серийный самолет F3F-2 был преобразован в стандарт варианта XF3F-3 с небольшими изменениями планера для уменьшения лобового сопротивления, переделанными обтекателем двигателя и передней частью фюзеляжа. Было построено 27 самолетов;