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.
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.