פאנצר סימן 4
דגמים > הדגמים המתקדמים: F עד J

החל מדגם F, שנכנס לייצור באפריל 1941 הצטרפו שתי חברות נוספות לייצור הפאנצר 4 (בנוסף לחברת קרופ), שטייר דיימלר פוך שמפעלה הוקם בעיירה זנקט ולנטין (St. Valentin) באוסטריה תחתית ו-VOMAG אשר מפעלה הוקם בפלאואן. בדגם זה הורכב השריון מלוח אחיד בעובי 50 מ"מ בחזית התובה ובצריח. משקל הטנק עלה ל-22.3 טון, ועקב כך הורחבו הזחלים מרוחב של 380 מ"מ ל-400 מ"מ, זאת כדי להקטין את הלחץ על הקרקע. כ-462 פאנצר 4 F נבנו בין אפריל 1941 למרץ 1942.
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.