Второй прототип поднялся в воздух лишь 4 апреля 1942 года. Чтобы уберечь единственную оставшуюся машину, испытателям запретили совершать на них фигуры высшего пилотажа. Это ограничило программу испытаний. Самолет (41-19502) оснастили двигателем V-1710-47(E9) мощностью 1325 л.с. с двухступенчатым механическим турбонаддувом. Это был первый двигатель подобного типа фирмы Allison. Новое устройство получило название Auxiliary Stage Supercharger. Поскольку первый прототип разбился, Ларри Белл обратился к руководству USAAF с просьбой оплатить ему постройку еще одного прототипа. Контракт подписали 27 мая, а самолет поднялся в воздух 19 сентября. Тем временем повреждения получил второй прототип. Это произошло 12 мая 1942 года, когда, совершая вынужденную посадку, самолет потерял винт и переднее шасси. Испытания показали, что новая машина превосходит P-39D лишь максимальной скоростью. ХР-39Е развивал на высоте 7315 м (24000 футов) скорость 632 км/ч (393 миль/ч). Несмотря на то, что на самолете стоял высотный двигатель, скороподъемность, скорость сваливания, разбега и пробега ухудшились. Несмотря на это, Ларри Белл пытался заинтересовать начальников из USAAF новой машиной, рекламируя его в качестве самолета, способного отразить возможное вторжение (в то время в США популярностью пользовалось оборонительное мышление). Белл сумел преуспеть в этом, заключив контракт на поставку 4000 машин, получивших обозначение Р-76 и Р-76А. Но вскоре контракт аннулировали. Оба прототипа ХР-39Е передали фирме Allison в качестве летающих стендов для испытания новых двигателей. Кроме того, на этих машинах обкатывали по меньшей мере три варианта хвостового оперения, а также изучали характеристики четырехлопастных винтов.

Создание самолета ХР-39Е было не единственной попыткой поправить высотные качества «Аэрокобры». Ранней осенью 1941 года на стадии макета находился один P-39D (40-6770). Самолет оснастили новым комбинированным воздухозаборником для наддува и карбюратора. Наддув приводился в действие выхлопными газами, подаваемых через две трубы. Большой воздухозаборник привел к резкому росту аэродинамического сопротивления, в результате скорость упала на 72 км/ч (45 миль/ч). Другой идеей, дошедшей до стадии летных испытаний, была установка наддува под днищем фюзеляжа. Испытания показали, что в таком варианте скорость падает на 64 км/ч (40 миль/ч). В итоге от обоих вариантов отказались. Больше к идее улучшить характеристики «Аэрокобры» с помощью наддува не возвращались.

ХР-39Е во время испытаний на аэродроме Райтфилд.

Третий ХР-39Е.

Две следующие модификации «Аэрокобры» различались между собой особенностями оснащения. Размеры и форма планера практически не изменились. Упомянутые проблемы с поставками винтов Curtiss привели к тому, что USAAF санкционировал установку на самолеты винты других производителей. Однако уже такое минимальное изменение в конструкции заставило производителя изменить букву в обозначении самолета. Контракт на поставку 254 «Аэрокобр» модификации «F» подписали 13 сентября 1940 года. Новая модификация объединяла в себе особенности самолетов серии «D» и Р-400. От модели «D» самолет получил вооружение и двигатель, а от Р-400 унаследовал выхлопную систему с двенадцатью патрубками. Новой особенностью машины, получившей заводское обозначение Модель № 15В, был трехлопастной воздушный винт General Motors Aeroproducts Hydromatic Propeller диаметром 3.14 м. Контракт был выполнен к декабрю 1941 года. Из выпущенных 229 машин 27 переделали в полевых ремонтных центрах в самолеты тактической разведки и поддержки. Переделка самолетов проходила по той же схеме, что и у P-39D-3. Для отличия от стандартных самолетов Р-39F, эти машины обозначили как Р-39F-2. В литературе также можно найти упоминание о двухместном учебном варианте истребителя TP-39F. Однако никаких доказательств существования таких машин нет.

Контракт предусматривал, что с сентября 1940 года все самолеты Bell Aircraft Corp. будут оснащаться двигателем V-1710-35. Однако еще до завершения серии «F» решили оснастить 25 последних машин новым двигателем фирмы Allison — V-1710-59(E12). Эти самолеты обозначили как P-39J. Новый двигатель оснащался одноступенчатым механическим наддувом, а также имел ряд технологических особенностей. Новый мотор развивал мощность 1150 л.с. на высоте 4200 м (13800 футов), то есть на 550 м (1800 футов)выше, чем его предшественник «-35». Впервые самолет оснастили автоматическим регулятором давления топливовоздушной смеси. В ходе эксплуатации выяснилось, что новый мотор имеет ограниченный ресурс. В результате многие из P-39J не получили этих двигателей, то есть ничем не отличались от P-39F.

На самолете P-39J (40-7053) установили огромный подвесной топливный бак емкостью 1400 л (370 галлонов), что вместе со внутренними баками доводило запас бензина до 1854 л (490 галлонов). Максимальная скорость самолета с этим баком составляла 403 км/ч (250 миль/ч), а крейсерская — 322 км/ч (200 миль/ч). Теоретически запас хода достигал 6440 км (4000 миль). 2 октября 1942 года летчик-испытатель фирмы Bell Джек Вулемс совершил перелет с аэродрома Марчфилд в Калифорнии на аэродром Боллингфилд в штате Вашингтон. Это был первый столь длинный беспосадочный полет американского одномоторного самолета. Однако испытанное таким образом устройство ни разу не нашло применения в боевых условиях.

Два снимка P-39F с новым винтом фирмы General Motors Aeroproducts.

25 августа 1941 года фирма Bell Aircraft Corporation подписала контракт на поставку самой большой до того времени партии истребителей. Предмет контракта составляли 1800 истребителей P-39G (Модель № 26). Кроме нового винта самолеты ничем не отличались от P-39D-2. Однако контракт так и не был реализован. Вместо крупной партии самолетов одной модификации Bell поставил несколько мелких партий самолетов четырех модификаций — К, L, M и N. Модификаций Н и I не существовало. От обозначения P-39I отказались, чтобы не спутать букву с римской цифрой, а о причинах пропуска Н ничего не известно.

Первые машины получили обозначение Р-39К (Модель № 26А). Их выпуск начался в июле 1942 года. Самолеты были оснащены винтами Aeroproducts и двигателями V-1710-63(Е6) стартовой мощностью 1325 л.с. Двигатель отличался измененной системой смазки и оснащался одноступенчатым механическим наддувом. На самолете также установили новую конечную передачу с передаточным числом 2:1. Новый двигатель развивал на высоте 3600 метров (11800 футов) мощность 1150 л.с., а также допускал кратковременное форсирование до 1580 л.с. на высотах более 760 м. Модификация К была сделана на базе самолетов модификации D-2. Новый самолет был тяжелее предшественника на 800 фунтов. Всего изготовили 210 Р-39К в трех вариантах. Шесть машин переделали в разведчики, оснастив их дополнительным бронированием и фотокамерами. Эти машины обозначались как Р-39К-2. Одну машину, обозначенную как Р-39К-5, использовали в качестве прототипа серии N. На нее поставили новый двигатель V-1710-85(E19), перед карбюратором поставили воздушный фильтр, изменили форму фонаря и установили винт Aeroproducts диаметром 3,53 м. На некоторых самолетах, обозначавшихся как К-1, устанавливали под крыльями пусковые установки для 4,5-дюймовых неуправляемых ракет, по три ракеты на крыло.

Поставки самолетов P-39L начались одновременно с поставкой истребителей Р-39К. Основное отличие этой модификации заключалось в использовании винта Curtiss Electric диаметром 3,15 м. В свою очередь, это повлекло за собой изменения в системе смазки винта. Изменения также коснулись передней стойки шасси. Наконец, самолет получил колеса с шинами низкого давления, вместо первоначальных шин с камерами. На самолетах использовали тот же двигатель, что и у самолетов типа К. Всего произвели 250 машин Р-39L в двух вариантах: стандартном L-1 и разведывательном L-2.