בעקבות כישלונו של תותח ה-75 מ"מ של הפאנצר 4 לחדור את שריונם של הטנק הבריטי מטילדה סימן 2 והטנק הצרפתי שאר B1 במהלך הפלישה לצרפת ב-1940, פנו המהנדסים הגרמנים לשדרוג כוח האש של הפאנצר 4 (וכך גם הפאנצר 3). תותח בקוטר 50 מ"מ בעל קנה ארוך המבוסס על התותח הנגרר PaK 38 הותקן ב-1941 על פאנצר 4 D לניסוי, וחברת קרופ תכננה לייצר כ-80 יחידות מהתותח לטנקי הפאנצר 4 החל מאוגוסט 1941. בינתיים פלשה גרמניה לברית המועצות, שם נתקל הוורמאכט בטנקי ה-KV הכבדים עם מיגון של 75–105 מילימטר וטנקי ה-T-34 הבינוניים, אותם התקשו תותחי הפאנצרים לחדור.
משלחת מיוחדת של הצבא (PanzerKommission) נשלחה לזירת הקרבות בנובמבר 1941 כדי לבחון מקרוב את הבעיה, וזו המליצה לפתח תותח חדש לטנקים אשר יוכל לחדור את השריון הסובייטי מעבר לטווח התותחים שלהם. ב-18 בנובמבר 1941 הוענק לחברת קרופ (בשיתוף עם ריינמטל) חוזה לפיתוחו של תותח חדש לפאנצר 4 בקוטר 75 מ"מ במקום תותח ה-50 מ"מ. התותח החדש, KwK 40, היה בעל אורך קנה של 3,218 מ"מ (L/43), וטווח של 8,100 מטרים (לעומת 6,500 בקנה הקצר). מהירות הלוע של פגז חודר שריון סטנדרטי הגיעה ל-740 מטרים לשנייה, עם יכולת חדירה של 80 מ"מ של פלדה ממרחק של 1,000 מטרים.
כדי להבדיל בין הדגמים, לטנקי הפאנצר 4 עם תותח ה-75 מ"מ הקצר ניתן השם F1, ואילו הטנקים עם תותח ה-KwK 40 הארוך נקראו F2. התותח החדש והתחמושת העלו את משקל הטנק ל-23.6 טון, ונרשמה ירידה קלה בביצועי הטנק. הפאנצר 4 F2 הראשון הושלם במרץ 1942, ובסך הכול 200 יחידות יוצרו עד מחצית שנת 1942, מתוכם כ-25 שהוסבו מדגם F1. בקיץ 1942 הוסב הייצור לדגם G.
על אף שהפאנצר F2 הוכיח עצמו כיריב שקול לטנקי ה-KV וה-T-34 הסובייטים מבחינת כוח אש, הוא נותר נחות מבחינת מיגון. ניסיון של המהנדסים הגרמנים לשפר את שרידות הטנק הוביל להופעתו של דגם G ביוני 1942. מאחר ששלדת הטנק הייתה קרובה למגבלת המשקל, נאלצו המהנדסים להתפשר ולהסיר את לוחות השריון בעובי 20 המ"מ שנוספו לצדי הטנק החל מדגם E, ובמקום זאת עיבו את שריון הצד הבסיסי ל-30 מ"מ. המשקל שנחסך הועבר לחזית הטנק בצורת לוח פלדה בעובי 30 מ"מ שרותך אל השלדה והעלה את עובי השריון הכולל בחזית ל-80 מ"מ.
לפי דוחות מחיילים שנתקבלו ב-8 בנובמבר 1942, תוספת השריון בדגם G הוכיחה עצמה במספר רב של מקרים על אף הקשיים הטכניים שנגרמו מהעלאת משקל הטנק. בנוסף, מאחר שתותח נ"ט 6 ליטראות (בקוטר 57 מ"מ) הבריטי החדש יכול לחדור את השריון הקדמי (בעובי 50 מ"מ) של דגמי הפאנצר 4 הקודמים ממרחק של 1,000 מטרים, הוחלט כי מחצית מטנקי הפאנצר 4 שייבנו יצוידו בתוספת שריון. ב-5 בינואר 1943, החליט אדולף היטלר (למרות תוצאות שליליות בניסויים) שדגמי הייצור הבאים של הפאנצר 4 יהיו מוגנים על ידי 100 מ"מ של שריון בחזית. בינתיים, הוחלט כי כל טנקי הפאנצר 4 יצוידו בתוספת שריון של 30 מ"מ. כדי לפשט את תהליך הייצור, פתחי הראייה בשני צדדי הצריח הוסרו.
לפעילות מבצעית בטמפרטורות גבוהות נוצרו חרכים בתאי המנוע והרדיאטור כדי להגביר את אוורור המנוע; כמו כן נוסף מנגנון לשיפור ההצתה של המנוע בתנאי מזג אוויר חורפיים על ידי שאיבת נוזל קירור מטנק אחד למשנהו. באפריל 1943 הוחלף תותח ה-KwK 40 L/43 בתותח ארוך יותר, ה-L/48 עם אורך קנה של 3.6 מטר שהיה לפיכך בעל מהירות לוע גבוהה יותר ויכולת חדירה משופרת. לתותח נוסף מפצה סטייה. לקראת סיום סדרת היצור של דגם זה, הותקנו פלטות מיגון (Schürzen) בעובי 5 מ"מ ו-8 מ"מ בצידי הטנק ומסביב לצריח בהתאמה כדי לספק הגנה מפני רובי נ"ט סובייטים. כ-1,687 יחידות מדגם G יוצרו בין החודשים מאי 1942 ליוני 1943.
בדגם H שנכנס לייצור באפריל 1943 עובי השריון הבסיסי בחזית הטנק ובבסיס התותח עמד על 80 מ"מ. תוספת השריון יחד עם התותח הכבד יותר העלו את משקלו של הפאנצר 4 H ל-25 טון, וכתוצאה מכך מהירות הטנק נפגמה על אף התקנת תמסורת חדשה שנשאלה מהפאנצר סימן 3. עם הופעתם המתרחבת של מטוסי תקיפה של בעלות הברית, מקלע נ"מ הותקן על צריחון המפקד של הפאנצר 4 H, אולם שימוש במקלעים אלו היה נדיר עקב מחסור (זאת בניגוד לטנקים של בעלות הברית המערביות, שם היו נפוצים ביותר). בטנק גם נעשה שימוש בצימריט (Zimmerit) - ציפוי קרמי להגנה מפני מוקשים מגנטיים. דגם H היה לנפוץ ביותר מבין דגמי הפאנצר 4. סך הכול 3,774 טנקים יוצרו עם סיום הייצור ביולי 1944.
דגם J שנכנס לשירות ביוני 1944 היה לדגם האחרון של הפאנצר 4. דגם זה נוצר בעיקר כתוצאה מאי יכולתם של המפעלים הגרמנים לייצר כלי נשק במספרים גדולים בחודשיה האחרונים של המלחמה. השינוי העיקרי בדגם J היה הסרתו של מנוע העזר האחראי על מנגנון צידוד הצריח, כך שצוות הטנק נאלץ לצודד את הצריח ידנית. במקום זאת הותקן מכל דלק נוסף בעל נפח של 200 ליטר בתא המנוע (קיבולת הדלק הכוללת בטנק הגיעה ל-680 ליטר), דבר שאפשר להגדיל את טווח הפעולה של הטנק ל-320 ק"מ על כביש. השריון בתקרת הצריח עובה. בספטמבר 1944 קיבלו המפעלים הגרמנים הוראה לחדול משימוש בצימריט מאחר שעלה החשש כי פגיעה של פגז תצית את הצימריט. סך הכול הושלמו 1,758 יחידות מדגם J עד סיומה של המלחמה.
בנובמבר 1944 כחלק מתוכנית רעיונית לחמש מחדש את כל הטנקים הנמצאים בשירות, ניסתה חברת קרופ להתקין את תותח KWK 40 בקוטר 75 מ"מ (קליבר L/70) של טנק הפנתר בצריח של פאנצר 4. דגם עץ נבנה, אולם התברר כי הצריח קטן מדי, והותקן הצריח מטנק הפנתר על שלדת הפאנצר 4. ניסיון זה נכשל בגלל העומס שנוצר על השלדה, והוכיח כי הפאנצר 4 הגיע לגבול יכולת הסגילות שלו.
ייצור.
בתחילה, הפאנצר 4 תוכנן להיכנס לייצור מוגבל, כשחברת קרופ היא היצרנית הבודדת שלו. עם תחילת מלחמת העולם השנייה ב-1 בספטמבר 1939 היו בצבא הגרמני 211 טנקי פאנצר 4. עם תום המערכה בפולין הואץ קצב הייצור של הטנק מ-13 כלים בממוצע לחודש ב-1939 ל-20 במחצית הראשונה של 1940. ב-20 באוגוסט 1940 הורה היטלר לתת עדיפות לייצור הפאנצר 4 (וכך גם הפאנצר 3) על מנת לצייד את דיוויזיות השריון. שנה לאחר מכן עמד קצב היצור על 40 יחידות בחודש, ובסך הכול הושלמו 480 טנקים ב-1941 למרות דרישה לספק כ-2,160 יחידות מהטנק ל-36 דיוויזיות השריון הגרמניות המתוכננות.
באפריל 1941 הצטרפו שתי חברות נוספות לייצור הפאנצר 4 (בנוסף לחברת קרופ) - שטייר דיימלר פוך שמפעלה הוקם בזנקט ולנטיין שבאוסטריה ופומאג שמפעלה שכן בפלאואן שבסקסוניה. ב-1942 הושלמו 994 טנקים, מתוכם 571 בקרופ, 186 בשטייר דיימלר פוך ו-237 בפומאג. ב-9 במרץ 1943 הגיש גנרל-אוברסט היינץ גודריאן, המפקח הכללי על גייסות השריון, דיווח על מצבם ופיתוחם של כוחות השריון הגרמניים במטה של הפיהרר, בו הוא הצהיר כי ציודן של עוצבות השריון בשלב זה של המלחמה תלוי לחלוטין בטנקי הפאנצר 4, ובשל סיבה זו יש להמשיך בייצורו של הטנק גם ב-1944 במהירות מרבית, עד אשר הפאנצר סימן 5 'פנתר' יהיה זמין בכמויות גדולות. לפיכך, באפריל 1943 קיבלה התעשייה את ההוראות הנדרשות, על אף ניסיונות מתמשכים להסיט את ייצור הפאנצר 4 למשחיתי טנקים התואמים יותר את הלוחמה ההגנתית של השנים 1945-1943.
בדצמבר 1943 הוסב המפעל של קרופ לייצור תותח הסער שטורמגשיץ 4, וכך גם פומאג, שמאביב 1944 החלה לייצר את משחית הטנקים יאגדפנצר 4; כתוצאה הפכה שטייר דיימלר פוך ליצרנית הבלעדית של הפאנצר 4. ב-7 באוקטובר 1944, הפצצה אווירית כבדה שכוונה כנגד מפעלי הטנקים של גרמניה הסבה נזק כבד למפעל של שטייר דיימלר פוך. לבסוף, עם קריסתה של התעשייה הגרמנית, רק כ-55 טנקי פאנצר 4 הושלמו בחודש מרץ 1945, ומספר זהה באפריל. בסך הכול יוצרו למעלה מ-8,500 טנקי פאנצר 4.
טבלת ייצור הפאנצר 4 לפי דגמים:
שירות מבצעי.
המערכה בפולין, צרפת ואפריקה (1939 - 1942).
בעת הפלישה הגרמנית לפולין ב-1 בספטמבר 1939, היו בצבא הגרמני 211 טנקי פאנצר סימן 4 שהיוו פחות מעשרה אחוז מכוח השריון הגרמני, כשעיקר העול בלחימה בפולין נפל על 1,445 טנקי פאנצר סימן 1 ו-1,223 פאנצר סימן 2. הם הופעלו הן במסגרת של פלוגות סיוע כבדות עצמאיות והן בדרג המחלקתי בשיתוף עם גדודי טנקים רגילים. במהלך הקרבות בפולין הושמדו כליל 19 טנקי פאנצר סימן 4, מרביתם מאש תותחי נ"ט ורובי נ"ט; כ-50 טנקים נדרשו לתיקונים מקיפים עקב נזק בקרב או תקלות מכניות. המערכה בפולין הוכיחה את נחיצותו הטקטית של פאנצר סימן 4 כטנק סיוע בקרב כוחות השריון הגרמנים, אשר סייע בהבקעת מערכי הנ"ט הפולניים, שהיוו סכנה גדולה יותר לטנקים הגרמנים, מאשר השריון הפולני.
המערכה על צרפת במאי-יוני 1940 הייתה המערכה הצבאית הראשונה בה נערכו קרבות שריון בשריון בקנה מידה גדול, ובה נעשה שימוש בדיוויזיות שריון על ידי שני הצדדים. מתוך 2,439 הטנקים שפרסה גרמניה לקראת המערכה על צרפת במאי 1940, 278 היו פאנצר סימן 4. בעוד תותח ה-75 מ"מ הקצר של הפאנצר סימן 4 הוכח כאפקטיבי נגד טנקי הרנו R-35 והH-39 הוצ'קיס הקלים, הוא לא הצליח לחדור את שריונם העבה של הטנק הצרפתי שאר B1 והטנק הבריטי מטילדה סימן 2. בזכות עדיפות טקטית ושימוש נרחב במכשירי קשר הצליחו הגרמנים להביס את הטנקים הצרפתים והבריטים. בנוסף, לצרפתים היו מעט דיוויזיות שריון, ומרבית הטנקים שלהם חולקו בין דיוויזיות החי"ר למשימות סיוע. בחודשיים של הלחימה בצרפת (מאי-יוני 1940) הושמדו כליל (כלומר ללא יכולת לתקנם בסדנאות השדה) 97 טנקי פאנצר סימן 4.