型2001号机车已经走行12,000余公里，随后交付北京铁路局北京内燃机务段开始进行运用考核。1973年，大连机车车辆厂又试制了东风4型2002号机车，同年5月交付北京内燃机务段进行运用试验。两台原型车在京原铁路北京至灵丘间进行了牵引性能试验，并与同期从西德引进的NY6型柴油机车进行对比试验，然后又在京包铁路南口至康庄间进行了八达岭大坡道上停车再起动试验，以及在京广铁路完成旅客列车长距离牵引试验。随后，东风4型2001号和2002号机车被安排在京山铁路牵引旅客列车，分别完成8万公里和10万公里运行试验后返厂