К сборке прототипа приступили в марте 1936 года еще до официального подписания контракта, имевшего место 27 июля того же года. Уже на стадии предварительных расчетов обнаружилось, что оба предусматриваемых двигателя для самолета слабоваты. Поскольку «Грумман» на свой истребитель XF3F-2 поставил более мощный двигатель «Райт» R-1820-22 «Циклон» стартовой мощностью 963 л.с./710 кВт, фирма «Брюстер» также решила использовать этот двигатель. Очень быстро это решение получило официальное одобрение, официально закрепленное в контракте от 27 июля.
Прототип облетал 2 декабря 1937 года заводской летчик-испытатель Мел Гаф. Уже 13 января 1938 года прототип передали военным для дальнейших испытаний. Первые официальные испытания вызвали разочарование. Прототип не развил оговоренных в контракте 256 узлов (475 км/ч). Двигатель развивал только 862 л.с./б3б кВт у земли и 760 л.с./561 кВт на высоте 15200 футов (4633 м). Максимальная скорость самолета составила только 241 узел (447 км/ч), а скороподъемность у земли 838 м/мин (2750 фт./мин). Практический потолок самолета составлял всего 9418 м. Стало ясно, что самолет требует доработки. Прежде всего следовало облагородить форму капота и воздухозаборников карбюратора и маслорадиатора. По требованию военных переработали конструкцию фонаря кабины, сделав его выше. При этом фонарь приобрел свою характерную форму. В это время в эксплуатацию ввели большую аэродинамическую трубу в Лэнгли-Филд, способную вместить самолет размером с XF2A-1. Было решено, что именно этот самолет станет первым, подвергнутым испытаниям. 21 апреля машину передали в Лэнгли-Филд, где она прошла всесторонние испытания, увенчавшиеся рядом рекомендаций. Эти рекомендации учли при доработке, после чего самолет передали на новую серию испытаний. Результаты оказались ошеломляющими. Максимальная скорость возросла до 264 узлов (489 км/ч) на высоте 16000 футов (4877 м), а скороподъемность у земли достигла 933 м/мин (3000 футов/мин). Дальность полета экономической скоростью достигла 1762 км при запасе топлива 160 галлонов США (606 л).
В результате 11 июня 1938 года прототип был принят, последовал заказ на серию из 54 машин. Грозный конкурент «Грумман XF4F-2» потерпел аварию, что также способствовало успеху XF2A-1. Второй конкурент «Северски XNF-1» имел слишком плохие характеристики, чтобы представлять собой серьезную угрозу.
Заказанные самолеты получили обозначение F2A-1. Фирма присвоила им новое внутреннее обозначение: «проект 5». Бюро Аэронавтики выделило для самолетов серии диапазон номеров 1386–1439. Серийные самолеты оснащались двигателем «Райт» R-1820-34 «Циклон» с механическим наддувом и винтом «Гамильтон Стандард». Серийные самолеты оснащались доработанным фонарем, обеспечивающим лучший обзор вперед. Антенную стойку перенесли с левого на правый борт, посадочный прожектор перенесли с капота двигателя на нижнюю поверхность левого крыла, законцовкам крыла придали другую форму. Окно в днище фюзеляжа сделали больше, вместе с тем разбив его большим числом переплетов.
Первые два серийных F2A-1 получили киль эллиптической формы, а последующие самолеты получили более широкий киль, созданный по рекомендации аэродинамиков из Лэнгли-Филд. Передняя кромка киля теперь была прямой. Подготовка к серийному производству растянулась на несколько месяцев. Производственный отдел фирмы «Брюстер» представлял собой небольшую мастерскую, способную выпускать небольшой серией несложные самолеты. Производственные помещения фирмы находились на нескольких этажах, что заставляло постоянно перемещать вверх-вниз узлы и агрегаты. Окончательную сборку вообще приходилось осуществлять за пределами, поскольку подъезд к фирме шел по узким улочкам, через который невозможно было провезти собранный самолет. Первые машины по контракту следовало передать уже в мае 1939 года. В действительности за май 1939 года удалось построить и передать заказчику только один самолет. Эту машину демонстрировали на июньской Торговой выставке в Нью-Йорке. До ноября удалось передать заказчику пять машин, которые вскоре вернули на завод для доработки системы вентиляции кабины. Систему модифицировали, оснастив выходными каналами за фонарем. Вооружение F2A-1 осталось прежним: один 7,62-мм и один 12,7-мм пулемет.
Несколько первых серийных машин участвовали в дополнительных испытаниях на пригодность самолета. Первый серийный самолет (Bu№ 1386) передали на военно-морскую авиабазу в Анакостии, для устранения обнаруженных проблем с охлаждением двигателя. Там в конструкцию самолета внесли ряд мелких доработок: установили новый винт изменяемого шага, увеличили объем бензобаков, усовершенствовали конструкцию аварийных поплавков, надувающихся при аварийном приводнении машины.
В начале 1939 года стало ясно, что нарастающая международная напряженность неизбежно приведет к войне. Правительства многих стран стали предпринимать определенные, порой довольно вялые, меры по усилению вооруженных сил. Кому война, кому мать родна. Фирма «Брюстер» поспешила воспользоваться конъюнктурой.
Когда начался военный конфликт между Советским Союзом и Финляндией, Соединенные Штаты согласились продать Финляндии партию самолетов F2A-1 со снятым морским оборудованием: спасательной лодкой, посадочным гаком, креплением для катапульты. Двигатель «Райт R-1820-34» заменили экспортным «Райт R-1820 G5 Циклон» взлетной мощностью 963 л.с. /710 кВт. Антенну морского радиопеленгатора заменили антенной упрощенной конструкции. Телескопический прицел заменили примитивным прицелом концентрического типа. Самолету присвоили обозначение «Модель 239-11». Вооружение самолета состояло из одного 7,62-мм пулемета «Кольт-Браунинг MG 40» и одного 12,7-мм пулемета «Кольт-Браунинг М2», оснащенных синхронизатором и установленных под капотом, а также двух 12,7-мм пулеметов в крыльях. Поставки самолета «Модель 239» для Финляндии начались в феврале 1940 года.
Тем временем конструкторское бюро фирмы «Брюстер» предложило новую модификацию самолета. В начале 1939 года прототип XF2A-1 вернулся на завод, где на него предполагалось установить более мощный двигатель «Райт R-1820-40 Циклон» мощностью 1217 л.с./897 кВт. Одновременно с новым двигателем самолет получил и новый капот. Длину фюзеляжа уменьшили на 127 мм (5 дюймов) с целью поправить центровку машины. Переднюю кромку крыла сместили вперед. В таком виде самолет получил обозначение XF2A-2, хотя сохранил прежний серийный номер. Внутри фирмы данный самолет обозначался как «проект б». В июле 1939 года самолет снова прошел испытания, продемонстрировав значительный рост характеристик. Максимальная скорость возросла до 547 км/ч, а дальность полета до 2575 км. В августе в конструкцию самолета внесли дополнительные изменения. Увеличили площадь киля, сделав его как на серийных машинах. Это было сделано в целях поправить далекую от идеальной устойчивость на курсе этого кургузого самолетика.
Весной 1940 года военные решили усилить вооружение 11 серийных F2A-1 (полученных до декабря 1939 года) парой 12,7-мм пулеметов «Кольт-Браунинг М2», разместив их в консолях крыльев. Это увеличило массу машины, что привело к частым поломкам шасси. Гидравлические цилиндры, служившие одновременно внутренними распорками стоек при жесткой посадке часто ломались. Такого вида аварии продолжались на протяжении всей службы самолета и были причиной потери многих машин.
В октябре 1940 года самолеты участвовали в программе создания деформирующего камуфляжа Барклея.
Весной 1939 года закончились официальные испытания прототипа XF2A-2. Когда же в Финляндию ушло большинство самолетов F2A-1, ВМФ США поспешило поменять условия контракта, предложив выпуск более удачного F2A-2. Новый контракт предусматривал выпуск 43 F2A-2 (Bu№ 1937…1429) и переделку восьми F2A-1 к стандарту F2A-2. Внутри фирмы серийные самолеты F2A-2 обозначались как «проект 12».
Самолет F2A-2 отличался от F2A-1 целым рядом усовершенствований. Прежде всего слабый двигатель «Райт R-1820-24» заменили более совершенным R-1820-40 стартовой мощностью 1217 л.с./ 897 кВт. Новый двигатель был на 159 кг (350 фунтов) тяжелее прежнего, поэтому для сохранения центровки длину фюзеляжа пришлось сократить на 127 мм (5 дюймов). Диаметр капота незначительно увеличился, изменилась и маска капота, обеспечивавшая лучшее распределение воздушных потоков через двигатель. Самолет получил винт «Кертисс Электрик» с накладками на лопастях, что также улучшило охлаждение двигателя. Винт имел кок, закрывающий механизм изменения шага винта. Выхлопные трубы вывели в нижней части капота, так что они немного выступали из-за кольца. Окно в днище фюзеляжа получило несколько иную форму, что улучшило обзор вниз. Но наиболее заметной отличительной чертой F2A-2 были вентиляционные отверстия у передней кромки крыла, заменившие собой отверстия, расположенные у хвостового оперения самолета F2A-1. Вооружение самолета состояло из четырех 12,7-мм пулеметов «Кольт-Браунинг М2»: два под капотом, два в крыльях. Самолет также оснастили двумя бомбодержателями для 100-фунтовых (45,4-кг) бомб. Бомбодержатели разместили под крыльями сразу за шарниром стойки шасси. Модернизированный таким образом самолет развил скорость 554 км/ч (344 миль/ч) на высоте 5030 м (16500 футов).
