1976年5月15日和8月25日，经过改进的东风四号02批1组两次飞行试验相继成功，证明增程设计是正确的，弹头防热层得到考验，满足提高射程后防热能力的要求。随后进行东风四号全程飞行试验。1977年9月30日，首次全程试验由于一级在飞行84秒时安全接点回路出现故障，导弹自毁。11月22日，第二次全程飞行试验取得圆满成功，射程达到4167千米，考核了两弹匹配性能。这也是二炮部队首次发射该型号导弹。为了加强对改进工作的领导，1978年1月，正式任命李一鸣为中远程导弹总设计师。1979年4月，任命冬春为总指挥。1978年7月31日、9月16日和12月23日又进行了三次全程飞行试验，前两次取得成功，第三次失败。这几次试验，初步验证了东风四号导弹的战技性能，考核了核弹头的引控系统。为提高精度，东风四号从02批第8发开始还进行了横向修正，取得较好的效果。
东风四号研制任务书要求导弹应具有加注推进剂后，在井内停放15天，然后提升到井口发射的能力。1980年2月9日成功进行了验证此功能的飞行试验。
东风四号导弹在第二批改进(02批3组)中，还针对发射方式、储存性能、安全性能等进行了大量改进，以增强导弹的生存能力和使用性能。1975年5月，中央批准了东四增加平洞贮存、拖架场坪发射方式。1980年8月2日，首次采用拖架场坪发射方式发射成功，导弹飞行正常，弹头命中精度很高(落点偏差纵向远0.079km、横向右1.177km)。飞行试验中同时进行了核弹头的“冷”试验。此次试验成功意义重大，中共中央、国务院、中央军委于8月5日特向东北基地发了贺电。同年10月31日，第二次拖架场坪考核试验也获成功。
至1980年10月底，东风四号02批共计11发的发射试验证明：导弹两次改进方案正确可行，导弹全系统性能符合战术技术指标要求，新的发射方式可行，发射设备和发射程序符合战斗状态下的基本要求。通过这些试验还检验了弹头再入强度和防热性能，考验了全系统在高温、低温、加注停放、贮存、淋雨及风载条件下的技术性能。在此期间还进行了两弹结合模拟试验，磁记录装置弹射回收试验，弹上仪器工作寿命试验，并检验了系统夜间操作、反应时间等战斗性能。
