El modelo más común, el M2A4, estaba armado con un cañón M5 37 mm y cinco ametralladoras Browning M1919.

Se produjeron 375 unidades, con las últimas diez suministradas en una fecha tan tardía como abril de 1942.

Su peso se incrementó a 10 t.[5]​ Al observar la Guerra Civil Española, la mayoría de ejércitos, incluso el estadounidense, se dieron cuenta de que necesitaban tanques armados con cañones y no solamente con ametralladoras.

[6]​ La caballería del Ejército estadounidense ya había optado por montar una gran torreta sobre su casi idéntico automóvil de combate M1.

[8]​ Otras mejoras incluían la suspensión, la caja de cambios y un enfriamiento más eficiente del motor.

El afuste M20 tenía una rotación de 20° a cada lado; esto podía hacerse mediante una manivela que accionaba el mecanismo de cremallera, o la presión del hombro del artillero sobre el apoyahombros liberaba el mecanismo.

[15]​ Los primeros tanques M3 Stuart empezaron a producirse en marzo de 1941; los primigenios M3 con blindaje remachado se parecían mucho al M2A4 y a veces ambos modelos servían en las mismas unidades; la característica de identificación más visible es la rueda tensora posterior.

En el M2A4, la rueda tensora está elevada; en el M3 Stuart, presiona la oruga contra el suelo,[16]​ incrementando la flotación del pesado vehículo.

[1]​ El M3 Stuart conservó el mismo motor Continental W-670, pero incorporaba un blindaje más grueso;[17]​ su peso se incrementó a 14 t. El tanque inicialmente conservó el mismo cañón de 37 mm y las ametralladoras del glacis, pero la torreta incorporaba mejoras.

[19]​ La mayoría de los M2A4, que fueron suministrados al Ejército estadounidense, también fueron empleados solo para entrenamiento entre 1940 y 1942.

[10]​ El Cuerpo de Marines de los Estados Unidos ordenó en 1940 tanques M3 Stuart para equipar a sus unidades blindadas, pero como el nuevo tanque todavía no entraba en producción, recibió 36 M2A4 y después el M3 recién entró en producción.

Después de que fueran suministrados 36, la orden fue cancelada a favor del mejorado M3 Stuart.

[24]​[25]​ Pero según el historiador Mike Green, los tanques nunca fueron suministrados a unidades de primera línea.