自2000年5月起投入批量生产，至2013年停产为止大连机车车辆公司累计生产了340台，机车编号为3001～3340。从2003年下半年生产的3213号机车起，按铁道部规定改为采用标准化司机室。东风4D型准高速客运机车配属哈尔滨铁路局、沈阳铁路局、唿和浩特铁路局、北京铁路局、上海铁路局、南昌铁路局、南宁铁路局、郑州铁路局、武汉铁路局、青藏铁路公司以及内蒙古集通铁路公司。2010年代末，随着在中国各地的许多铁路干线逐步完成电气化改造、新一代的和谐型大功率电力机车大量投入运用，东风4D型准高速客运机车的运用范围