Он все думал и думал(,) и наконец понял, в чем дело.
Подскажите, пожалуйста, нужна ли эта запятая и по какому правилу
Он все думал и думал и наконец понял, в чем дело.
Здесь нет выбора, запятая не ставится.
Первый союз И соединяет повторяющиеся формы глаголов думал, а второй союз И соединяет эту пару и глагол понял.
Если поставить запятую, то мы получим перечислительную интонацию и однородные отношения между тремя глагольными формами, а это не наш случай.
Здесь смысл такой: Он долго думал и наконец понял, в чем дело.
Тема разбирается у Розенталя http://old-rozental.ru/punctuatio.php?sid=101#pp101