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，整修后配属北京内燃机务段运用。1974年5月11日，大连机车车辆厂试制了东风4型0001号货运机车，同年6月交付北京铁路局丰台机务段投入运用考核，从6月25日开始京山铁路丰台西至南仓间担当货