Однако руководство компании «Грумман» продолжало считать свой самолёт перспективным и старалось убедить в этом командование флота. И ему это удалось! В октябре 1938 г. фирма получила заказ на создание новой модификации машины, названной XF4F-3.

В конструкторском бюро «Грумман» проект получил обозначение G-36. На самолёте предполагалось использовать двигатель R-1830-76 в 1200 л.с. Кроме увеличенной мощности, этот вариант мотора отличался двухступенчатым двухскоростным приводным центробежным нагнетателем (ранее применялся тоже двухскоростной, но одноступенчатый). Вторая ступень наддува позволяла удерживать мощность на большой высоте, где плотность воздуха меньше. На 5800 м мотор выдавал 1000 л.с. — практически столько же, сколько раньше у земли. Это также способствовало увеличению максимальной скорости. Но двигатель стал длиннее и тяжелее. Потребовались новые моторама и капот. Воздухозаборник карбюратора вписали в переднюю кромку последнего.

Маслосистему тоже пришлось переделать. Радиаторы увеличенной производительности разместили под крылом. Пропеллер заменили на «Кэртис электрик», тоже трёхлопастный автомат, но с электрическим управлением шагом (у «Гамильтона» привод был гидравлическим). На втулку надели большой кок оживальной формы.

Расчётный полётный вес возрос, и, чтобы уменьшить нагрузку на крыло, его площадь увеличили. Лонжерон продлили, при этом размах вырос с 10,37 м до 11,59 м. Законцовки сделали не округлыми, а почти прямыми, «рублеными». В итоге площадь крыла увеличилась с 21,56 м^>2 у XF4F-2 до 24,15 м^>2. Крыло по-прежнему выполнили нескладывающимся. Элероны стали длиннее, а плечо относительно оси фюзеляжа — больше. Предполагалось, что это вместе с уменьшением нагрузки на крыло положительно скажется на маневренности и управляемости самолёта.

Выявленные ранее проблемы с устойчивостью и управляемостью попытались решить также переделкой хвостового оперения. Площадь стабилизатора увеличили за счёт придания ему трапециевидной формы в плане. Киль немного сдвинули назад и вытянули вверх. Вертикальное оперение в целом тоже приобрело форму трапеции.

Вооружение усилили. В фюзеляже теперь размещались два пулемёта калибра 7,62 мм, а два 12,7-мм пулемёта — в крыле. Из мелких отличий можно отметить ещё введённый наклон радиомачты вперёд.

В целом за счёт всех изменений самолёт удлинился примерно на полметра, вес возрастал где-то на 300 кг. По расчётам, истребитель должен был иметь максимальную скорость 530 км/ч.

В опытный образец XF4F-3 доработали остававшийся на заводе XF4F-2. Собственно, от него использовали только центральную часть фюзеляжа и шасси, остальное изготовили заново. В конце января 1939 г. на кардинально переделанный планер поставили двигатель, который взяли из одной из первых серий. Довольно долго провозились с доводкой мотоустановки, борясь с перегревом масла. 12 февраля XF4F-3 совершил свой первый полёт.

После довольно кратких заводских испытаний истребитель перегнали в Анакостию, где за него взялись морские лётчики. Скорость оказалась даже выше расчётной — намерили 537 км/ч. Практический потолок определили в 10 675 м. По лётным данным новая машина существенно превосходила F2A-1. Но часть проблем с устойчивостью и управляемостью сохранилась. Машину начали дорабатывать. На протяжении шести месяцев она неоднократно возвращалась на завод в Бетпейдже, где раз за разом в неё вносили изменения.