Zmiany mające na celu poprawienie zasięgu, szybkości, uzbrojenia i opancerzenia obejmowały zainstalowanie silnika o większej mocy, zastosowanie większego śmigła, zastosowanie nowej konstrukcji podwozia, powiększenie zapasu paliwa i amunicji. Spowodowany tym znaczny wzrost masy skłonił konstruktorów do zastosowania płata o większej powierzchni dla uzyskania niskiej wartości jednostkowego obciążenia powierzchni nośnej. Kontrakt na budowę prototypu podpisano 30 czerwca 1941 roku. W rok później, 26 czerwca 1942 dokonano pierwszego lotu na prototypie z silnikiem Wright R-2600-16 Cyclone, który trwał 25 minut i wypadł pomyślnie. 30 lipca 1942 roku wykonano lot na drugim prototypie z zamontowanym 18 cylindrowym silnikiem Pratt & Whitney R-2800 Double Wasp.
Seryjną produkcję samolotu jako F6F-3 „Hellcat” rozpoczęto w końcu 1942 w zakładach Grummana w Bethpage na Long Island, będącym w tym czasie centrum amerykańskiego przemysłu lotniczego, gdzie przy produkcji tego i innych samolotów Grummana pracowało 24 000 pracowników.