部分车况较差的东风4D型机车报废或封存于穆棱，并有少部分机车被转配到牡丹江机务段。沈阳铁路局是最早使用东风4D型准高速机车的铁路局之一，分别配属于沈阳机务段及锦州机务段，初期主要用于牵引沈山铁路及沈大铁路的旅客列车，该两线完成电气化改造后，改为投入沈丹铁路、沈吉铁路、锦承铁路、新义铁路、叶赤铁路、营口铁路等地运用。2006年，为配合青藏铁路全线开通，沈阳机务段将东风4D型3001号、3096号、3098号机车调拨给青藏铁路公司西宁机务段。2016年，沈阳机务段的东风4D型3283号机车改用了红色车身配黄