D型准高速客运机车主要用于上海—南京—蚌埠、上海—杭州—金华西之间的机车交路。2004年，中国铁路实施第五次大面积提速后，上海机务段的所有东风4D型准高速客运机车分别转配属南京机务段、杭州机务段及合肥机务段，担当沪杭铁路、浙赣铁路、萧甬铁路、宁铜铁路、皖赣铁路、宣杭铁路、淮南铁路、阜淮铁路、水蚌铁路等线的客运任务。当时，上海铁路局共配属74台东风4D型准高速客运机车，其中杭州机务段48台、南京机务段10台、合肥机务段16台。2010年起，随着上海铁路局不断增配各种型号的电力机车，部分东风4D型准高速客运机车