Третья модификация самолета обязана своим появлением ошибке при его проектировании. Первые машины отличались колебательной неустойчивостью по курсу при больших скоростях. Особенно это проявлялось при пикировании и отражалось на точности бомбометания. Фирма не смогла самостоятельно устранить дефект. Тогда один самолет передали в NACA, где его исследовали в натурной аэродинамической трубе. Двигатель при продувках не включали и, чтобы получить полную картину, параллельно исследовали модель штурмовика с работающим винтом. Причины колебаний окончательно определили, проведя несколько испытательных полетов с жестко закрепленным рулем направления, на который и пало подозрение специалистов. Оказалось, что конструкция руля выбрана неправильно. Большое влияние оказывал и угол установки триммера. После соответствующих доработок дефект устранили.
Фирма разработала пять вариантов третьей модификации. Среди них небольшой серией выпускался самолет дальнего радиолокационного обнаружения и предупреждения AD-3W, который за громоздкий обтекатель РЛС получил прозвище «Гуппи». Для сохранения путевой устойчивости машины на горизонтальном оперении установили две дополнительные вертикальные поверхности. Экипаж самолета состоял из трех человек: пилота и двух операторов, один из которых по радио докладывал на авианосец об обнаруженных целях. Делалась попытка использовать бортовую РЛС в комплексе с магнитным обнаружителем для поиска подводных лодок. Два «Скайрейдера», прошедшие соответственные доработки, получили обозначение AD-3E. Обнаружив лодку, оператор передавал координаты цели специальным самолетам AD-3S, которые применяли по ней оружие. AD-3E/S входили в состав исследовательской эскадрильи VX-1 и в строевых частях никогда не использовались.
Модификация AD-4 специально разрабатывалась для использования в Корее с учетом полученного там боевого опыта. Особое внимание уделялось вооружению и оборудованию. Количество пушек увеличилось до четырех, изменилась компоновка приборной доски, появился автопилот. После доработок дальность полета снизилась до 2000 км, но эффективность применения существенно возросла. До окончания войны в Корее успели построить более трехсот AD-4. Для ведения боевых действий в зимних условиях на их базе создали специальный вариант AD-4L с противообледенительной системой. AD-4B стал первым палубным тактическим носителем ядерного оружия. Бомба подвешивалась на центральный фюзеляжный пилон.
