1974年，大連工廠試制東風4貨運機車0001，交付北京鐵路局豐臺機務段使用。同年8月，0001機車赴湘黔鐵路進行高溫冷卻試驗；同年9月，0001型機車改裝成客傳比轉向架，在京廣線豐臺至石家莊間進行動力學性能試驗，最高試驗速度為130 km/h，試驗結束後，同年年底，大連工廠正式開始批量生產東風4型內燃機車，停止生產東風3型機車。1975 65438+10月0001機車改裝貨物傳動比轉向架，由鐵道部科學研究院進行牽引熱力性能試驗。1975年2月，《中國新聞》和香港《大公報》均以《4000馬力內燃機車的誕生》為題報道了東風4型機車的研制情況。
但東風4型機車是在零部件和制造技術不穩定的情況下批量生產的。隨著運行裏程的增加，機械和電氣部分暴露出許多問題，特別是柴油機的故障率很高，大量機車需要修理。當時豐臺機務段還唱了壹句順口溜:“東風4，東風4，東單跑不到西四。京廣線癱瘓，東風4就完了。”大連工廠在柴油機的結構和技術方面做了許多改進。在改進過程中，針對連桿蓋斷裂事故，柴油機采用加厚對稱連桿蓋；為了提高增壓系統的穩定性，在柴油機頂部增加了排氣穩壓箱。為了與原柴油機區分，上述兩項改進後的柴油機造型為16V240ZJA，裝備該柴油機的東風4型機車非正式地稱為“東風4A”以示區別。第壹輛裝有柴油機的東風4(A) 0109型機車於1976年6月交付，同年下半年開始批量生產。在東風4(A)型機車批量生產過程中，大連廠繼續研究柴油機強度和剛度不足、軸系動態性能差的問題。1977年試制了加強型新結構發動機機體，新柴油機引進了許多零件、新結構和新技術。經檢測，狀態良好。作為某柴油機的升級產品，最終定型為16V240ZJB。1980至1981期間，東風4(A)型機車開裂柴油機機體更換為B型柴油機機體，共更換115臺。1982 65438+2月，首臺裝備16V240ZJB柴油機的東風-4 0527型機車出廠。作為DF-4(A)型機車的升級產品，最終定型為DF-4B，於1984年7月投入量產，而DF-4(A)則停產。
1980年初，由於當時我國鐵路運輸能力不足，東風4(A)型機車生產能力不足，資陽內燃機車廠根據鐵道部指示和大連機車車輛廠提供的圖紙，於1983年改用東風4(A)型機車。資陽廠首臺試制東風4型機車(車號3001)於1983年底交付廣州鐵路局廣州機務段。由於資陽廠直到1986才完成改用東風4B型機車的技術改造，資陽廠僅在1986停產東風4(A)型機車。
到1986停產結束，大連、資陽工廠共生產東風4(A)型機車843臺。其中大連工廠已生產客車31輛(車號2001 ~ 2031)，貨車770輛(車號0001 ~ 0770)。資陽工廠共生產了42輛貨運車型(車號3001 ~ 3042)。
2006年至2008年，中國鐵道部先後向朝鮮提供了三批東風-4型和東風-4B型機車。2008年最新壹年，北京鐵路局所屬的12型東風4型機車經過整修後無償移交給朝鮮。在朝鮮鐵路系統中，這些機車編號為2xx(Naey？n 2xx內燃2××)。