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Cet appareil d’aspect massif, largement fabriqué pour l’US Navy et l’US Marine Corps, resta en service jusqu’en 1940, puis il fut remplacé par les monoplans F2A Buffalo et F4F Wildcat. Les F2F et F3F furent les premiers chasseurs de l’US Navy à être équipés d’un poste de pilotage fermé et d’un train d’atterrissage escamotable. Très moderne à beaucoup d’égards, le F2F se montra cependant peu stable et peu maniable. Grumman mit alors au point le prototype d’un nouvel appareil, le F3F. L’appareil effectua son vol initial en mars 1935.
Conçu à partir du F2F, le prototype du F3F, désigné XF3F-1, se caractérisait par une envergure accrue, un fuselage rallongé et par des lignes plus aérodynamiques. Le F3F était exceptionnellement robuste et il fut très apprécié des pilotes. Il était doté d’un train rentrant très moderne pour l’époque. En dépit de la perte d’une machine au cours d’un vol en piqué et d’une autre lors d’une vrille à plat, les essais furent jugés satisfaisants, et la construction en série de 54 F3F-1 fut décidée.
Ces avions furent pris en compte en janvier 1936 par les Squadrons VF-5B et VF-6B, embarqués à bord des porte-avions USS Ranger et USS Saratoga. Plus tard en 1939, ils équipèrent l’USS Yorktown et l’USS Enterprises en 1940. Deux autres versions du F3F furent fabriquées le F3F-2 (81 exemplaires), avec un moteur compressé entraînant une hélice réglable; et le F3F-3 (27 exemplaires), produisant une traînée plus réduite.
A l’instar de tous les autres chasseurs équipant à l’époque l’US Navy, le F3F disposait d’une grande capacité en carburant. Il pouvait, de surcroît, emporter des bombes et attaquer en piqué à des angles atteignant 60 ou 70°. Le F3F était donc un des premiers chasseurs multirôles, capable d’effectuer aussi bien des missions d’interception que de bombardement et se révéla d’une grande souplesse d’emploi.
Ils quitteront le service en première ligne au printemps 1941 et ils seront convertis en avions d’entraînement avant l’entrée en guerre des USA.
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