Новый проект, обозначенный G-18 или XF4F-2, создавался в страшной спешке. Собственно, в нём использовались многие узлы и агрегаты предшественника. Чётко выраженные «фамильные черты» сохраняли бочкообразный фюзеляж, фонарь пилотской кабины и хвостовое оперение. Хвостовую часть фюзеляжа, правда, удлинили. В полу пилотской кабины имелись окна, улучшавшие обзор вниз. Это было важно для навигации и захода на посадку на палубу авианосца. Целиком заимствовали от F3F своеобразную конструкцию основных стоек шасси. Они убирались не в крыло, а в фюзеляж, как бы втягиваясь в него. Уборка и выпуск осуществлялись вручную: пилот крутил штурвал цепной передачи, связанной с тросовым механизмом. Чтобы полностью втянуть или выпустить колёса, требовалось 39 оборотов. Убранное колесо полностью уходило в нишу в борту, но снаружи щитками не закрывалось. Аэродинамику улучшал только слегка выпуклый колпак на диске. Хвостовое колесо из литой резины по-прежнему не убиралось. А вот посадочный гак, предназначенный для захвата тросов аэрофинишёра, в полёте полностью втягивался.

Бипланную коробку заменили одним большим крылом, расположенным примерно посередине высоты фюзеляжа. Конструкторы использовали новый профиль NACA 230, создававший большую подъёмную силу. Центроплан изготовлялся вместе с фюзеляжем, к нему присоединялись две консоли. Крыло не складывалось — задание этого не требовало. На самолёт установили двухрядный звездообразный мотор Пратт-Уитни R-1830-66 (1050 л.с.) с трёхлопастным металлическим винтом-автоматом «Гамильтон». Мотор закрывался плотно прилегающим капотом, сильно сужающимся вперёд. Бензобаки располагались в фюзеляже: основной — под кабиной, резервный — за ней.

Предусматривалось вооружение из двух 12,7-мм синхронных пулемётов с боезапасом по 200 патронов над двигателем; ещё два можно было разместить в крыле. Стрелковое вооружение дополнялось бомбовым: под крылом с каждой стороны допускалась подвеска одной бомбы в 45 кг. Но бомбы шли в перегрузку; нормальный взлётный вес рассчитывался либо с четырьмя пулемётами, либо с двумя пулемётами и двумя бомбами.

Торопясь, конструкторы не стали тщательно просчитывать нагрузки на рули и оценивать путевую устойчивость машины. Это потом сказалось в ходе лётных испытаний.

Опытный образец нового истребителя завершили в конце августа 1937 г. на заводе в Бетпейдже. Сотрудники «Грумман» не только наверстали отставание от «Брюстер», но и обогнали их примерно на три месяца. Первый полёт машина совершила 2 сентября, в кабине сидел летчик Р. Холл. Вооружение установили некомплектно: имелись только фюзеляжные пулемёты. После трёх месяцев заводских испытаний самолёт отправили на авиабазу Анакостия, недалеко от Вашингтона. Там намеревались провести сравнительные испытания предложенных типов истребителей.

С 23 декабря начались конкурсные испытания, в ходе которых снимались основные лётные данные, определялись характеристики устойчивости и управляемости, проводились пробные стрельбы. Новый истребитель «Грумман» показал скорость больше, чем другие участники, но и продемонстрировал целый ряд существенных дефектов.

Двигатель, несмотря на прохладную погоду, всё время перегревался. Путевую устойчивость и управляемость оценили как неудовлетворительную. Самолёт вяло реагировал на работу рулями, что не позволяло энергично маневрировать.

14 февраля 1938 г. в полёте возник пожар в хвостовой части фюзеляжа. Пилот успешно посадил машину. Повреждения оказались небольшими, но XF4F-2 вернули на завод, требуя заодно срочно решить вопрос с охлаждением мотора. Там всего за два дня попробовали несколько типов винтов с коками на втулке и без них и, наконец, сделали новый, более широкий спереди, капот. Стволы пулемётов уже не торчали из него наружу, а лежали в специальных выемках. Воздухозаборник карбюратора над капотом немного увеличили. В таком виде Холл отогнал истребитель на полигон Дальгрен, где проводились стрельбы.

С 1 марта в Анакостии начался второй этап испытаний. Конкурентов стало уже трое: в состязание вступила фирма «Северски», выставившая XNF-1 — палубный вариант своего цельнометаллического истребителя-моноплана P-35. К 11 марта «грумман» налетал 16 часов. Он был самым быстроходным из участников конкурса, показав 466 км/ч — примерно на 15 км/ч больше, чем XF2A-1. Истребитель Северского отставал уже на 65 км/ч.

С 6 апреля полёты перенесли в Филадельфию, где опробовали старт с катапульты и имитировали посадку на палубу. Летал на «груммане» морской лётчик-испытатель лейтенант Гарни. 11 апреля на аэродроме «Нэйвел эйркрафт фэктори» имитировали посадку на палубу с заглохшим двигателем, но до площадки пилот не дотянул. Пришлось садиться с планирования на поле у реки Делавер. Лейтенант сделал ошибку, выпустив шасси. Колёса увязли в мягком грунте, и истребитель скапотировал. Лётчик отделался лёгким испугом и ушибами, а самолёт получил серьёзные повреждения и далее участвовать в испытаниях не мог. Было поломано шасси, согнут винт, смят капот мотора, покалечены законцовка правого крыла и оперение. Машину вывезли в Бетпейдж и за две недели отремонтировали. Но время оказалось упущено, победителем конкурса объявили фирму «Брюстер», которая в июне получила первый заказ на 54 серийных истребителя F2A-1.

Однако руководство компании «Грумман» продолжало считать свой самолёт перспективным и старалось убедить в этом командование флота. И ему это удалось! В октябре 1938 г. фирма получила заказ на создание новой модификации машины, названной XF4F-3.

В конструкторском бюро «Грумман» проект получил обозначение G-36. На самолёте предполагалось использовать двигатель R-1830-76 в 1200 л.с. Кроме увеличенной мощности, этот вариант мотора отличался двухступенчатым двухскоростным приводным центробежным нагнетателем (ранее применялся тоже двухскоростной, но одноступенчатый). Вторая ступень наддува позволяла удерживать мощность на большой высоте, где плотность воздуха меньше. На 5800 м мотор выдавал 1000 л.с. — практически столько же, сколько раньше у земли. Это также способствовало увеличению максимальной скорости. Но двигатель стал длиннее и тяжелее. Потребовались новые моторама и капот. Воздухозаборник карбюратора вписали в переднюю кромку последнего.

Маслосистему тоже пришлось переделать. Радиаторы увеличенной производительности разместили под крылом. Пропеллер заменили на «Кэртис электрик», тоже трёхлопастный автомат, но с электрическим управлением шагом (у «Гамильтона» привод был гидравлическим). На втулку надели большой кок оживальной формы.

Расчётный полётный вес возрос, и, чтобы уменьшить нагрузку на крыло, его площадь увеличили. Лонжерон продлили, при этом размах вырос с 10,37 м до 11,59 м. Законцовки сделали не округлыми, а почти прямыми, «рублеными». В итоге площадь крыла увеличилась с 21,56 м² у XF4F-2 до 24,15 м². Крыло по-прежнему выполнили нескладывающимся. Элероны стали длиннее, а плечо относительно оси фюзеляжа — больше. Предполагалось, что это вместе с уменьшением нагрузки на крыло положительно скажется на маневренности и управляемости самолёта.