Quand il effectua son vol inaugural, le 2 septembre 1937, le chasseur monoplace embarqué Grumman XF4F-2 afficha une vitesse supérieure de 16 km/h seulement à celle du Brewster F2A-1 le XF4F-3 atteignit une vitesse de 537 km/h lors des essais réalisés par la marine américaine. Environ 54 chasseurs de série F4F-3 furent commandés au mois d'août 1939, dont 22 furent livrés à la fin de l'année 1940.

Plus tard baptisés Wildcat, ces appareils (les premiers monoplans construits par la firme Grumman pour l'US Navy) servirent au sein des Squadrons VF-4 et VF-7, et furent suivis par 95 F4F-3A propulsés par un R-1830-90 équipé d'un compresseur à un étage. La France passa en 1939 un contrat portant sur 81 Wildcat, qui furent cependant tous transférés au Royaume-Uni; déployés par la marine britannique sous le nom de Martlet, ils livrèrent leurs premiers combats en 1940.

Les F4F de l'US Navy et de l'US Marine Corps furent utilisés de façon intensive durant les premiers mois de la guerre contre les Japonais; beaucoup furent détruits au sol, mais ce modèle remporta néanmoins un certain nombre de brillantes victoires.
Le 174F-4, qui était pourvu d'ailes repliables à commande manuelle et dont 1 169 exemplaires furent assemblés, entra en service au cours de l'année 1942 ; il donna naissance à un dérivé non armé de reconnaissance lointaine, le F4F-7, qui avait un rayon d'action de plus de 5 630 km.

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