Qua các sự kiện ở châu Âu, người Mỹ nhận ra rằng M2 đã trở nên lỗi thời và muốn nâng cấp nó. Thiết kế nâng cấp, với giáp dày hơn, sửa đổi hệ thống treo và khẩu pháo mới được gọi là "Xe tăng hạng nhẹ M3". Việc sản xuất chiếc M3 bắt đầu từ tháng 3 năm 1941 và tiếp tục cho đến tháng 10 năm 1943. Giống như người tiền nhiệm của nó, chiếc M2A4, M3 được trang bị một khẩu pháo M5 37mm và 5 súng máy Browning M1919A4: một khẩu đồng trục với súng, một khẩu được lắp trên tháp pháo dùng để chống máy bay, một chiếc đằng trước, và hai chiếc ở sườn bên phải và bên trái thân xe. Sau đó, khẩu súng đã được thay thế bằng khẩu M6 dài hơn một chút, và súng máy sponson đã được gỡ bỏ.

Động cơ bố trí hình tròn ở phía sau và truyền tải ở phía trước. Trục kết nối chạy qua giữa hai khoang chiến đấu. sử dụng cặp động cơ ô tô Cadillac V-8. Các mô hình mới (ban đầu được gọi là M4 nhưng lại tên M5 để tránh nhầm lẫn với chiếc Sherman M4) cũng có thân xe được thiết kế lại với tấm Glacis dốc và ghế ngồi của lái xe chuyển lên trên. Có vài lời chỉ trích từ các đơn vị đã từng sử dụng nó là M3 Stuarts rất thiếu hỏa lực, nên nó đã được cải thiện thành M5. M5 dần dần thay thế M3 sản xuất từ năm 1942 và là tiền thân của xe tăng hạng nhẹ M24 vào năm 1944.