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.
