Самолёт установили на два больших поплавка «Эдо», снабжённых рулями для маневрирования на воде. С корневой частью крыла их связывали две мощные стойки, а также подкосы. Набор подкосов обеспечивал и крепление поплавков к фюзеляжу. Стойки и подкосы закрывались обтекателями, а соединения их с поплавками, крылом и фюзеляжем — развитыми зализами. Ниши для колёс зашили алюминиевым листом. Конструкцию фюзеляжа несколько усилили, чтобы принять нагрузку от поплавков при взлёте и посадке в условиях волнения. Для сохранения необходимой устойчивости с учётом влияния поплавков на стабилизаторе смонтировали два дополнительных руля направления, механически увязанных с основным.

Опытный образец F4F-3S был завершён в середине февраля 1943 г. 28 февраля его поднял в воздух лётчик-испытатель фирмы «Грумман» Ф. Карт. 5 марта машину перегнали в Анакостию для дальнейших испытаний. При нормальном взлётном весе 3408 кг максимальная скорость составляла 428 км/ч (по другим источникам — всего 388 км/ч), то есть поплавки «украли» более 100 км/ч. Практический потолок пострадал незначительно — машина поднималась на 10 200 м. Максимальная дальность полёта оценивалась в 965 км. Но путевая устойчивость оставалась недостаточной. Чтобы её повысить, под хвостовой частью фюзеляжа закрепили большой гребень. С 6 июня в Норфолке проводили взлёты и посадки при волнении. Машина удовлетворительно эксплуатировалась при высоте волны около 0,5 м.

В целом испытания сочли успешными, и «Эдо» получила заказ на 100 комплектов поплавков. Фирма «Грумман» же должна была дополнительно поставить столько же самолётов F4F-3.

Но практика боевых действий показала, что хорошо оснащённые техникой строительные батальоны очень быстро сооружают аэродромы даже в совершенно не освоенных местах. Использование же тихоходных и маломанёвренных поплавковых истребителей могло привести к значительным потерям. Контракт с «Эдо» аннулировали. Находившиеся в производстве на заводе «Грумман» самолёты в 1943 г. собрали как обычные F4F-3 на колёсах и использовали в качестве тренировочных.

Осенью 1941 г. в производство запустили новую модификацию «Уайлдкэта» — F4F-4. Работу над ней начали в марте предыдущего года. Для неё разработали оригинальную конструкцию складывающегося крыла. Консоли не просто поднимались вверх, а поворачивались на шарнирах и укладывались назад параллельно фюзеляжу. В сложенном положении крыло фиксировалось тягой, соединявшей его со стабилизатором. При этом истребитель занимал гораздо меньше места на палубе или в ангаре авианосца. Привод складывания был гидравлическим. Пилот без помощи техников мог быстро сложить консоли после посадки, освобождая место для других самолётов. Поперечный габарит машины при этом уменьшался более чем вдвое. Это позволяло взять на борт корабля двойной комплект истребителей, а также эффективно использовать новый «Уайлдкэт» на небольших эскортных авианосцах, перестраиваемых из торговых судов.

Длинная трубка ПВД, торчавшая вперёд из передней кромки левого крыла, препятствовала складыванию. Её заменили на короткую Г-образную под крылом.

Мотоустановка нового варианта «Уайлдкэта» была почти идентична F4F-3 последних серий. Мотор R-1830-86 вращал винт «Кэртис». Воздухозаборник карбюратора выполнили в виде канала над капотом, а размеры створок юбки капота немного изменили. Оба бензобака в фюзеляже (общей ёмкостью 545 л) сделали протектированными.

Существенно усилили бронезащиту. Пилота теперь прикрывало не только бронестекло, но и стальная бронеспинка весом 42,7 кг. Ещё одну стальную плиту (весом 20,5 кг) установили перед маслобаком.

Вооружение дополнили двумя крупнокалиберными пулемётами — всего их стало шесть. Все они размещались в крыле. Третий пулемёт с каждой стороны расположили дальше к концу крыла. При этом фару, вмонтированную в переднюю кромку левого крыла, пришлось сместить ближе к фюзеляжу, на нескладывающуюся часть. Секундный залп возрос в полтора раза, но боезапас уменьшился. На каждый ствол теперь приходилось по 240 патронов, а не по 450, как ранее. В результате общий запас уменьшился с 1800 патронов до 1440. Стреляя непрерывно, летчик расходовал их менее чем за пять секунд.

В опытный образец новой модификации, XF4F-4, переделали 54-й серийный F4F-3. Первый полёт он совершил 14 апреля 1940 г. Брони исходно на нём не имелось, её установили позднее. В следующем месяце самолёт сдали морским лётчикам, и он прошёл программу войсковых испытаний в эскадрилье VF-42 в Норфолке. В конце лета XF4F-4 совершил несколько полётов с авианосца «Йорктаун». Затем машина побывала ещё в нескольких эскадрильях, дислоцированных на территории США. Их лётчики дали свои отзывы о преимуществах и недостатках новой модификации. В декабре 1941 г. истребитель оказался в Сан-Диего, где на нём летали пилоты эскадрильи VF-3. Именно они 6–7 января 1942 г. проводили официальные палубные испытания на авианосце «Саратога».

Строевые лётчики восприняли новинку с неодобрением. Механизм складывания крыла добавил к весу пустой машины примерно 100 кг, ещё полсотни — усиление вооружения, более 60 кг — броня. По сравнению с опытным образцом предыдущей модификации полётный вес вырос почти на 900 кг. Без какой-либо компенсации увеличением тяги это привело к ухудшению всех лётных характеристик истребителя. Он потерял в скорости, манёвренности, практическом потолке и радиусе действия. Самой острой критике подвергли уменьшение боезапаса. Огневую мощь XF4F-4 сочли избыточной: чтобы развалить японский «Зеро» с его малыми запасами прочности и без бронезащиты, четырёх крупнокалиберных пулемётов было вполне достаточно. Уменьшение боезапаса сокращало возможность длительного ведения боя. Переключатель позволял раздельно использовать четыре внутренних и два внешних пулемёта, сохраняя часть боезапаса, но это не полностью устраняло проблему.

Но решение было принято, ещё до завершения испытаний серийные F4F-4 начали выходить из заводских цехов. Уже в ноябре 1941 г. первые из них были приняты моряками. Правда, они немного отличались от опытного образца. Чтобы сэкономить вес, от гидропривода складывания крыла отказались. Теперь механизм приводился вручную. Механик открывал лючок под передней кромкой крыла, вставлял в гнездо съёмную ручку и начинал её крутить. Времени, конечно, на это уходило больше, но полётный вес немного уменьшился и падение характеристик стало менее явным. Разработанный для «Уайлдкэта» гидропривод потом использовали на следующем истребителе фирмы «Грумман» — F6F «Хеллкэт».

Американский флот заказал в общей сложности 1169 F4F-4. Производство в Бетпейдже быстро расширялось, к концу весны 1942 г. выпуск довели до 190 машин в месяц.