با آغاز عملیات بارباروسا در ۲۲ ماه ژوئن سال ۱۹۴۱ و تقابل غیرقابل پیش‌بینی با تانک‌های قدرتمند تی-۳۴ و کی‌وی-۱ شوروی، لزوم ارتقا تانک‌های پنزر ۴ را مسلم ساخت. با این ارتقا توپ تانک پنزر ۴ می‌توانست در فاصله حداکثر ۱۲۰۰ متری یا حتی ۱۶۰۰ متری در هر زاویه ای در زره تانک تی-۳۴ نفوذ کند. تحویل نخستین تانک‌های پنزر مدل اف-۲ با توپ‌های جدید از بهار سال ۱۹۴۲ آغاز شد و تا عملیات تابستانی نیروهای آلمانی موسوم به "مورد آبی" ۱۳۵ دستگاه در اختیار آن‌ها قرار گرفت. گفته می‌شود تا آن زمان پنزر ۴ تنها تانکی بود که از منظر قدرت آتش تانک‌های تی-۳۴ و کی‌وی-۱ شوروی را از میان بردارد. پنزر ۴ نقش حساسی در وقایع و اتفاقات میدان نبرد بین ماه‌های ژوئن ۱۹۴۲ تا مارس سال ۱۹۴۳ ایفا نمود و به تکیه گاه لشکرهای زرهی آلمانی بدل گشت. عدم تعدد تانک‌های تیگر ۱، مشکلات فنی آن‌ها و فرارسیدن تانک‌های پنتر پس از ماه مه سال ۱۹۴۳ نیز این مسئله را تشدید کرد. میزان بالای تلفات تانک‌های پنزر ۴ که در سال ۱۹۴۲ در جبهه شرقی به عددی بالغ بر ۵۰۰ دستگاه رسید، نیز نشانگر همین اتکای قوای آلمانی به این تانک است.