Grumman F6F-3 Hellcat vào cuối năm 1942 sơn màu ngụy trang xanh-xámTàu sân bay Yorktown trong chiến dịch ném bom đảo Marcus ngày 31 tháng 8-1943: Thiếu tá "Jimmy" Flatley lái chiếc F6F-3 Hellcat chuẩn bị cất cánhNhững chiếc Grumman F6F-3 Hellcat xếp cánh đậu trên sàn đáp trong khi chiếc Grumman Avenger đang hạ cánh

Chiếc Hellcat lần đầu tham chiến chống Nhật Bản vào ngày 1 tháng 9 năm 1943 khi máy bay tiêm kích từ tàu sân bay USS Independence (CVL-22) bắn rơi một thủy phi cơ trinh sát. Không lâu sau, vào ngày 23 tháng 11, Hellcat đọ chiến cùng máy bay Nhật trên vùng đảo Tarawa, bắn rơi 30 Mitsubishi Zero và mất một F6F. Trên không phận Rabaul, New Britain ngày 11 tháng 11 năm 1943, Hellcat giao chiến cả ngày với nhiều máy bay Nhật bao gồm A6M Zero, bắn rơi 100 mà chỉ mất vài chiếc F6Fs. Chiến thuật "Thach Weave" đã phát triển thành một chiến thuật đội hình vào thời đó: mỗi khi một máy bay tiêm kích địch tiến vào một bộ phận máy bay Mỹ, những chiếc Hellcat bị đuổi bắt sẽ cắt về phía đội hình đối diện trong khi đồng đội sẽ bay chéo vào buộc máy bay Nhật phải từ bỏ theo đuổi hoặc phải phơi ra trước vũ khí của Hellcat. Đây là bước khởi đầu của chiến thuật "phi đội" vẫn được dùng cho đến ngày nay, cho phép máy bay Mỹ ít cơ động hơn như chiếc Hellcat tranh chấp với đối thủ Nhật nhanh nhẹn hơn.

Hellcat từ đó hầu như tham gia tất cả các cuộc đối đầu với Không lực Nhật Bản. F6F của Hải quân và Thủy quân Lục chiến bay 66.530 phi vụ chiến đấu (chiếm 45% phi vụ chiến đấu toàn cuộc chiến, trong đó 62.386 phi vụ cất cánh từ tàu sân bay[12]) tiêu diệt 5.163 máy bay đối phương (chiếm 56% tổng số tiêu diệt của Hải quân và Thủy quân Lục chiến toàn cuộc chiến) và mất 270 Hellcat (tỉ lệ thắng:bại chung là 19:1).[13] Tính năng vượt trội của máy bay so với các đối thủ Nhật là: 13:1 đối với Mitsubishi A6M, 9.5:1 đối với Nakajima Ki-84, 28:0 đối với Kawanishi N1K-J, và 3.7:1 đối với Mitsubishi J2M trong năm cuối cùng của cuộc chiến.[14] Trong vai trò tấn công mặt đất, Hellcat thả 6.503 tấn bom.[13]

F6F trở nên máy bay tạo Phi công "Ách" chủ yếu của Hoa Kỳ, với 306 "Ách" Hellcat.[15] Nó là máy bay tiêm kích chính yếu của Hải quân tham gia trận đánh Biển Philippine, nơi mà quá nhiều máy bay Nhật bị bắn hạ đến mức phi công Hải quân gọi trận này là "Cuộc săn vịt trời Marianas vĩ đại". F6F chiếm tỉ lệ 75% các chiến công không chiến của Hải quân tại Thái Bình Dương. Hellcat tiêm kích ban đêm trang bị radar xuất hiện vào đầu năm 1944.

Hải quân Hoàng gia Anh nhận được 1.263 F6F theo Luật Cho mượn-Cho thuê và gọi nó là Gannet I. Tên Hellcat sau này được gọi vào đầu năm 1943 cho đơn giản, với F6F-3 gọi là Hellcat F I; F6F-5, Hellcat F II và F6F-5N, Hellcat NF II. Chúng tham gia chiến sự tại Na Uy, Địa Trung Hải, và Trung Đông. Một số được gắn thiết bị trinh sát hình ảnh giống như F6F-5P, đặt tên là Hellcat FR II.[16] Hellcats Hải quân Anh, cũng như các máy bay khác trong Luật Cho mượn-Cho thuê, được nhanh chóng thay bằng máy bay Anh sau khi kết thúc chiến tranh, và chỉ có 2 trong số 12 phi đội trang bị Hellcat vào ngày chiến thắng còn giữ Hellcat tính đến cuối năm 1945 [17]. Hai phi đội này cũng bị giải thể vào năm 1946[17]. Khi phục vụ tại Anh, Hellcat tỏ ra tương xứng ngay cả với những máy bay tiêm kích chủ yếu của Đức Quốc xã Bf 109 và Fw 190.

Sau chiến tranh, Hellcat được thay bằng Grumman F8F Bearcat có tính năng vượt hơn F6F nhưng phát triển quá trễ để tham gia cuộc chiến. Hellcat tiếp tục đảm nhiệm các vai trò ở tuyến sau của Hải quân Mỹ bao gồm huấn luyện. Hải quân Pháp được trang bị F6F-5 Hellcat và sử dụng chúng tại Đông Dương. Hải quân Uruguay cũng sử dụng chúng cho đến đầu những năm 1960[18].