III号戦車Ｆ型は、III号戦車の大量生産命令によって1939年9月から生産が始められたもので、実質的にはE型とほぼ同じ仕様の車両である。
生産数の拡大に伴い、このF型からベルリンのアルケット社（Altmärkische Kettenwerke：アルトメルキシェ装軌車両製作所）と、ポーランド・ヴロツワフのFAMO社（Fahrzeug und Motoren Werke：車両・発動機製作所）もIII号戦車の生産に加わり、1940年7月までに435両が生産された。

III号戦車E型からの変更点はエンジンが、点火システムが変更されたフリードリヒスハーフェンのマイバッハ発動機製作所製のHL120TRM V型12気筒液冷ガソリン・エンジン（出力300hp）に換装されたことと、ブレーキ冷却用に車体前上面に冷却空気取り入れ口が新設されたことであるが、それ以外にもF型は生産途中で様々な改良が導入されている。

生産途中での最も大きな改良点は、火力を強化するために5cm砲が採用されたことである。
III号戦車への5cm砲の搭載は本車の開発段階から一部の機甲関係者が主張していたことであり、すでに1938年1月からIII号戦車に5cm砲を搭載する研究が進められていた。
5cm砲採用の直接のきっかけとなったのは、1939年9月のポーランド侵攻作戦（Unternehmen Weiß：白作戦）の結果で、従来装備していた3.7cm砲は非力過ぎて主力戦車として能力不足となったことがはっきりしたからである。

III号戦車F型に採用された5cm砲は、デュッセルドルフのラインメタル社が開発した60口径5cm対戦車砲PaK38をベースに、III号戦車の狭い砲塔内でも扱い易いように薬莢をコンパクト化し、砲身長も短縮した42口径5cm戦車砲KwKである（KwK38と呼ばれることもあるがこれは正しい呼称ではない）。
薬莢のコンパクト化と短砲身化によってKwKの装甲貫徹力は原型のPaK38に比べて低下したが、それでも従来の3.7cm砲に比べて装甲貫徹力は約1.5倍に向上した。

III号戦車は当初から将来5cm砲を装備することも考慮して設計されていたため、主砲の換装に際しては砲塔自体の大きな設計変更は不要で、主砲取り付けマウントと防盾が新設計の5cm砲用のものに変更されたのみである。
5cm砲用の新しい防盾は従来の内装式から外装式に変更されており、併せて同軸機関銃も従来の2挺から1挺に減らされている。

従来の3.7cm砲用の内装式防盾は、破壊されなくても機関銃弾や榴弾の破片などが挟まるだけで作動不良となる欠点があったので、外装式防盾の採用でこの欠点も改善されることになった。
また大口径、大薬量の5cm砲の搭載によって砲塔内の換気の必要性が増したため、主砲の換装に併せて砲塔上面にヴェンチレイターが追加されている。

ヴェンチレイターは最初車長用キューポラ左脇の信号塔の位置に取り付けられたが、後に換気効率を増すために上面中央前部に移動している。
実際どのくらいのIII号戦車F型が5cm砲を装備して生産されたかははっきりしないが、後期の100両程度が相当するといわれている。
後に残りのＦ型も全て5cm砲に換装され、並行して30mm厚の増加装甲板を装着されている。

これ以外の改良点としては、戦闘室前上面に砲塔リング部への弾丸の飛び込みを防ぐ三角断面の跳弾板が追加された。
またこれはIII号戦車E型の後期生産車からであるが、車長用キューポラの左脇にあった信号塔が信号用の小ハッチに変更されている。