В соответствии с контрактом, 45 OS2U-2 поставлялись в поплавковом варианте (23 с поплавками «Воута» и 22 — «Эдо»), а остальные — на колесном шасси. Кроме того, фирме «Эдо» заказали 70 дополнительных комплектов поплавков для переоборудования колесных самолетов в случае необходимости.
На рубеже 1940 и 1941 гг. ВМС заказали «Воуту» ещё одну партию разведчиков, на этот раз значительно большую — 658 машин (из них 531 с колесным шасси). Самолеты этого заказа получили обозначение OS2U-3. На них вновь поменяли двигатель, установив R-985-AN2, но мощность осталась прежней. Кроме того, усилили бронирование кабины экипажа и предусмотрели возможность установки фотопулемета «Фэрчайлд». Первый OS2U-3 был облетан 17 мая 1941 г., а уже шесть дней спустя его передали заказчику. В течение 1941 г. были сделаны два дополнительных заказа — сначала на 17 самолетов, а затем ещё на 300. Причем последний контракт поначалу был отменен, но после нападения Японии на Пёрл-Харбор самолеты перезаказали. Эти машины вновь поменяли двигатель (R-985-AN8), но сохранили обозначение OS2U-3.
Начало войны привело к существенному возрастанию потребности в боевых самолетах. Касалось это и уже успевших себя неплохо зарекомендовать «Кингфишеров». Но производственные мощность концерна «Воут-Сикорский» были нужны для выпуска истребителей F4U-1 «Корсар». Поэтому производство разведчиков передали на предприятие «Нэйвел Эйкрафт Фэктори». Здесь внедрили в производство модификацию OS2N-1, практически ничем не отличающуюся от OS2U-3. Первая такая машина вышла на испытания 9 марта 1942 г., а выпуск всей заказанной партии в 300 единиц занял менее года. Кроме того, в Филадельфии собрали 31 «сверхплановый» OS2U-3 из деталей и узлов, переданных с «Воута» после завершения там выпуска «Кингфишеров». Таким образом, общий объем производства этого самолета разведчика составил (с учетом прототипа) 1519 единиц.
Ряд «Кингфишеров» применялись в различных испытательных программах. В частности, в 1941 г. первый серийный самолет был сдан в аренду фирме «Нортроп» для испытаний т.н. «закрылков Запа» (по имени их изобретателя Эдварда Запа) в рамках программы разработки ночного истребителя Р-61 «Блэк Уидоу». В 1942 г. подобным образом переоборудовали ещё два серийных OS2U-2, получивших обозначение XOS2U- 4. Их использовали в испытательных программах вплоть до 1946 г. Один OS2U-1 в 1942 г. передали Военно-морской лаборатории авиационной медицины, где использовали для исследований влияния на организм пилота перегрузок при пикировании. Увы, 5 ноября 1942 г. машина была разбита, похоронив летчика, — пилот не смог вывести её из пикирования. После окончания Второй мировой войны несколько «Кингфишеров» применялись для испытаний ракетных стартовых ускорителей RATO.
