В корневой части крыла находились топливные баки. Для улучшения маневренных характеристик на горизонтали крылу придали толстый несущий профиль серии NACA-230. Для уменьшения сопротивления в крейсерском полете угол заклинения крыла сделали нулевым. Но вместе с тем для улучшения посадочных характеристик нового самолета с возросшей на 60% массой было необходимо выходить на большие углы атаки. В связи с этим ось двигателя была отклонена вниз на 3 градуса. Эта конструктивная особенность вместе с вынесенной вперед кабиной улучшала обзор вперед и стала характерной чертой будущего «Хеллкэта».
Все отклоняемые поверхности были цельнометаллическими, рули высоты и направления обтягивались полотном, элероны и закрылки имели дюралюминиевую обшивку.
В целом, несмотря на гораздо более сложную конструкцию, новый самолет, названный «Хеллкэт», был гораздо технологичнее своего предшественника. Фюзеляж имел более простую форму, панели обшивки были в основном либо прямые, либо одинарной кривизны. Хвостовая балка обшивалась листами 2,6-мм толщины внахлест (!), также в угоду технологичности. Конструкторы пришли к выводу, что столь незначительные ступеньки обшивки, находящиеся в зоне пограничного слоя, не повлияют на скорость. Кстати, в ходе эксплуатации эти ступеньки часто сполировывались шарошкой и закрашивались. Максимальная скорость «модернизированных» столь простым способом самолетов возрастала на 10-15 км/ч. В конструкции планера широко применялись штампованные детали. Обшивка крепилась к набору с помощью прогрессивной точечной сварки.
К началу 1942 г. было построено два прототипа: XF6F-1 с мотором R-2600-10 без нагнетателя и XF6F-2 с R-2600-16 с нагнетателем. Испытания первого опытного «Хеллкэта» начались 26 июня 1942 г., когда шеф-пилот фирмы Грумман Селден Конверс совершил на нем первый полет. В конце июля к испытаниям был допущен и второй прототип. Испытания проходили на заводском аэродроме фирмы Грумман в г. Бетпэйдж.
Самолет радовал летчиков простотой в управлении, прекрасными посадочными характеристиками, неплохой горизонтальной маневренностью. Но все же мощности двигателя явно не хватало: малые значения скорости, скороподъемности и вялый выход на вертикаль поставили перед Швендлером дилемму: либо снизить взлетный вес самолета путем уменьшения запаса прочности планера и отказа от части бронезащиты, либо установить на самолет новый двигатель большей мощности.
От первого пути отказались, памятуя о том, что у главного противника «Хеллкэта», истребителя «Зеро», основными недостатками являются как раз слабое бронирование и недостаточная прочность конструкции и как следствие - низкая живучесть. Оставался второй путь, который был одобрен представителями ВМС США. Вскоре на прототип номер два был установлен новый двигатель - Пратт-Уитни R-2800 мощностью 2000 л.с. с трехлопастным воздушным винтом Гамильтон Стандарт «Хайдроматик» вместо применявшегося ранее Кертисс Электрик. Самолет получил индекс XF6F-3. Первый опытный самолет вскоре также был переоснащен «двойной звездой» Пратт-Уитни, но уже с двухскоростным нагнетателем. Эта модификация стала называться XF6F-4. По результатам испытаний нагнетатель был признан ненадежным, и от него отказались. В конструкцию нового истребителя было внесено несколько незначительных изменений, в частности переделаны ниши и крышки шасси и удален кок с винта. В таком виде самолет пошел в серию под наименованием F6F-3 «Хеллкэт». Для производства «Хеллкэтов» фирма Грумман построила новый завод на о. Лонг-Айлэнд. Канадский филиал фирмы Виккерс также изъявил желание начать производство «Хеллкэтов» модификации F6F-1, но ВМС отказали канадцам в контракте.
Первой серийной модификацией «Хеллкэта» стал F6F-3. Его поставки в ВМС начались в январе 1943 г. Летчики восприняли появление этого огромного самолета с радостью, так как по своим характеристикам он стоял на голову выше «Уайлдкэта». Единственным нареканием со стороны ВМС было отсутствие каких бы то ни было пилонов внешней подвески, за исключением центрального узла подвески для ПТБ. Флотские ремонтные мастерские справились с этой проблемой, смонтировав под центропланом два бомбодержателя для бомб калибром до 454 кг, а также шесть-восемь установок «нулевого старта» для неуправляемых ракет HVAR под консолями. В середине 1943 г. была выпущена также небольшая серия ночных истребителей F6F- 3E/N, оснащенная РЛС AN/APS-6, располагавшейся на передней кромке правой консоли крыла. РЛС была разработана при английском техническом содействии. Она имела массу 113 кг и дальность надежного обнаружения цели класса бомбардировщик 7-8 км.
В 1944 г. F6F-3 стали оснащать новым двигателем R-2800-10W с системой впрыска воды в цилиндры. Мощность двигателя при впрыске возрастала до 2200 л.с. Производство самолетов модификации F-3 закончилось в конце апреля 1944 г. Было выпущено 4403 самолета, включая 167 ночных истребителей.
F6F-3 был сменен в серии новой модификацией F6F-5. Она отличалась улучшенной бронезащитой, облагороженным фонарем кабины с тремя бронестеклами вместо одного, отсутствием прозрачных «ушей» для обзора назад, измененным капотом двигателя, наличием регулировочных отгибаемых пластин на элеронах, усиленной конструкцией хвостовой части фюзеляжа и наличием бомбодержателей и установок «нулевого старта».
Силовая установка осталась прежней. Масса подвесного вооружения возросла до 1542 кг. На некоторых «Хел-лкэтах» этой модели вместо двух центральных пулеметов устанавливалось две пушки Испано калибром 20 мм с боекомплектом по 200 снарядов на ствол. Все F6F-5 имели узлы подвески для РЛС и гнездо для ее экрана на приборной панели и легко, в течение нескольких часов, могли быть конверсированы в ночные истребители. Было построено 7870 самолетов F6F-5, включая ночные истребители F6F-5N. 1320 истребителей «Хеллкэт» поступило по ленд-лизу в Англию, где они получили наименования «Хеллкэт» Mk.1 (F6F-3) и «Хеллкэт» Мк.2 (F6F-5). Дальнейшие работы по совершенствованию «Хеллкэта» были свернуты в связи с тем, что руководство ВМС пришло к выводу о его моральной устарелости, а также из-за начала работ по преемнику «Уайлдкэта» и «Хеллкэта» - самолету F8F «Биркэт».
