Самолет с мотором «Мерлин» XXX получил обозначение «Фулмар» Mk.ll. Поначалу такие самолеты выпускались параллельно с «единичками». Первый Mk.ll, поставленный в строевую часть 10 апреля 1941 г., имел номер N4028, а начиная с N4060 уже все «Фулмары» поставлялись с более мощными моторами. Тем временем объем заказов рос. Осенью 1940 г. Адмиралтейство заказало 200 «Фулмаров» Mk.ll (Х8525-8574, 8611-8655, 8680-8714, 8729-8778 и Х8798-8817), а затем ещё две партии в 50 и 100 экземпляров (ВР775-796 и ВР812-839, а также DR633-782 и DR700- 749). Таким образом, общее количество построенных «Фулмаров» достигло 600 единиц. Последнего из них выпустили в феврале 1943 г.
В ходе серийного производства «Фулмар» подвергался некоторым доработкам. С конца 1941 г. самолеты модификации Mk.ll оборудовались подфюзеляжным узлом для подвески дополнительного 270-л топливного бака (такие узлы получили и некоторые из ранее выпущенных Mk.l). Также в ходе производства усовершенствовали размещение оружия. Дело в том, что установленные на «Фулмаре» пулеметы «Браунинг» винтовочного калибра, будучи легким и скорострельным оружием, имели небольшую эффективную дальность стрельбы - около 365 м. Первые серийные самолеты имели оружие, отрегулированное таким образом, чтобы трассы пулеметов сходились в точке в 228 м от самолета. Но приближение на такое расстояние к бомбардировщику подставляло «Фулмар» под огонь оборонительных установок. Поэтому с конца 1940 г. установку пулеметов изменили, чтобы вынести точку пересечения трасс дальше вперед. Опыт показал целесообразность принятого решения: в 1941 г. «Фулмары» сбили 70 самолетов противника, причем победы распределились примерно поровну между самолетами со старыми и новыми установками пулеметов. Но собственные потери от оборонительного огня противника в первой группе составили 11 машин, а во второй - всего три!
Пытаясь увеличить огневую мощь «Фулмара», в 1941 г. боекомплект пулеметов увеличили с 750 до 1000 патронов на ствол. Но это отнюдь не стало решением проблемы. Поэтому в том же году на испытания вышел экземпляр, на котором восемь 7,7-мм пулеметов были заменены четырьмя 12,7-мм «Браунингами» с боекомплектом 370 патронов на ствол. Испытания прошли превосходно, и Адмиралтейство потребовало перевооружить таким образом как можно больше «Фулмаров». Увы, из-за нехватки крупнокалиберных пулеметов их получили лишь некоторые самолеты последней заказанной партии.
В мае 1942 г. на самолете испытали подфюзеяжный бомбодержатель для 500-фунтовой (227-кг) бомбы. Но на практике такой вариант вооружения не применялся. Чаще всего бомбовая нагрузка ограничивалась восемью 20-фунтовыми (9,1-кг) осколочными бомбами - они применялись для подавления зениток перед атакой бомбардировщиков, сопровождаемых «Фулмарами».
Размеры «Фулмара» и наличие второго члена экипажа делали самолет подходящим для установки радиолокатора и превращения его в ночной истребитель. Первые опыты проводились ещё в 1941 г., а со следующего года часть «двоек» комплектовалась РЛС AI Mk.IV. Такая модификация обозначалась «Фулмар» NF Mk.ll. Весной 1943 г. в рамках отработки оборудования нового ночного истребителя «Файрфлай» NF Mk.ll один их «Фулмаров» использовался для испытаний РЛС AI Мк.Х.
Первой боевой частью, вооруженной «Фулмарами», стала 806-я эскадрилья, ранее летавшая на самолетах «Блэкберн» «Скьюа». В середине июня 1940 г. на авиабазе Истлайт она получила дюжину «Фулмаров» и приступила к их освоению. Уже в августе на борту авианосца «Илластриес» - того самого, на котором «Фулмар» проходил морские испытания-эскадрилья отбыла из Скапа-Флоу в Средиземное море. Дебют оказался омрачен неприятным происшествием - 24 августа в воздухе столкнулись два «Фулмара», оба экипажа погибли. 2 сентября «Фулмары» впервые столкнулись с противником. Четверка самолетов 806-й АЭ по командам от корабельного радара были наведены на группу итальянских бомбардировщиков SM.79. Ведущий звена лейтенант У.Л.Л. Барнс сбил одного бомбардировщика и повредил другого, впоследствии добитого зенитками кораблей. Его ведомые сбили еще одного «Спарвьеро» и повредили два других. В тот же день «Фулмары» сбили гидросамолет-разведчик «Кант» Z.501. Благодаря новым истребителям, превосходившим большинство итальянских самолетов, британская авиация смогла завоевать локальное превосходство в воздухе - к 12 октября 1940 г. на счету 806-й АЭ было уже 13 сбитых вражеских самолетов.