Sư đoàn Panzer số 4 tham gia vào cuộc xâm lược Ba Lan năm 1939, cuộc xâm lược Pháp năm 1940 và cuộc xâm lược năm 1941 của Liên Xô. Sư đoàn vẫn tham chiến Mặt trận phía Đông, chủ yếu trực thuộc Cụm tập đoàn quân Trung tâm, cho tới khi bị mắc kẹt trên bờ biển tại Courland mùa hè năm 1944. Sư đoàn được sơ tán bằng đường biển và tiếp túc tham chiến trên mặt trận ở Tây Phổ vào tháng 1 năm 1945. Sư đoàn đầu hàng Liên Xô tại nơi đây khi kết thúc chiến tranh.