完成飞越任务前不久因过热而失败。1967年10月18日，金星4号下降舱进入金星大气层，成为第一艘传回了另一行星大气层直接测量数据的探测器。下降舱测量了温度、压力、密度，并11次自动分析了大气化学成分，发现金星大气中95%为二氧化碳(CO2)， 结合水手5号探测器的无线电掩星数据，显示金星表面气压远大于预期(达到75至100个大气压)。这些结果在1969年5月被金星5号和金星6号进行了验证和修正，但截此为止，所有这些飞行任务没有一次能在到达地表时仍保持正常通讯传输。金星4号的电池在缓慢漂浮于大气层中时