3．飞行试验与技术改进
东风四号导弹首次发射试验确定为“短程总体方案验证”试验，在酒泉试验基地进行塔架发射，旨在考察总体设计方案的可行性，重点考核两级分离和第二级发动机高空点火性能。1969年10月，01号导弹在发射阵地进行最后的准备时，由于发生一级发动机断流活门误爆事故，导致必须更换一级发动机的重大事故。经检查，事故是由于测试路线设计不周所致。这枚导弹在更换发动机后转技术阵地重新测试，因而没有参加首次飞行试验。
11月16日，02号导弹进行飞行试验。火箭点火升空后，由于指令系统发生故障，在飞行中第一级未关机，第二级未点火，两级未分离，导弹自毁，试验失败。经检查，试验失败的原因是飞行中程序配电器中途停转，主要是设备的质量问题所致。导弹既存在着技术和工艺质量问题，加上在试验基地检测时，操作失误和处置也有不当之处。为此，全体参试人员深入总结经验，认真贯彻“严肃认真，周到细致，稳妥可靠，万无一失”的试验方针，进行了大量的单机试验和多次系统检查测试，排除了系统之间出现相互干扰等故障和隐患。对程序配电器采取提高可靠性措施并增加第一级关机时间备保信号，以确保两级能够按计划正常分离。
1970年1月30日，更换发动机后的01号导弹在酒泉试验基地进行飞行试验获得成功，两级分离正常。第二级火箭发动机高空点火成功，控制仪器工作正常，弹头落于预定弹着点附近，落点偏差很小，试验获得成功。此次试验结果证明，中远程导弹总体技术方案可行，各系统工作协调。这次成功发射具有重要意义，它一方面标志着中国掌握了两级火箭技术，同时也为长征一号运载火箭发射成功中国第一颗人造卫星打下了坚实的基础。三个月后的1970年4月24日，以东风四号导弹为基础加装第三级固体发动机的长征一号火箭将中国的第一颗人造地球卫星东方红一号成功地发射到近地点439千米，远地点2384千米，倾角68.5度的近地轨道上。我国成为世界上第五个独立自主研制和发射人造地球卫星的国家。
为了进一步检验东风四号导弹的战术技术性能，随后开始长程试验，并考核井下加注、井口发射方案及武器系统性能。与之前的东风系列导弹相比，井下加注、井口发射方案大大减少了导弹在地面的暴露时间，提高了生存性能。长程试验主要在东北导弹试验场进行。东北试验场于1967年4月在深山密林中开始施工建设，于1970年8月建成了试验场区。1975年9月，中央军委决定将东北试验场改编为东北导弹试验基地。夏冰任司令员，杨同善任政治委员。基地成立后，根据试验任务的需要，又扩建了一部分试验设施。
地下发射井中的东风4号导弹。井下加注、井口发射将大大减少了导弹在地面的暴露时间。
1970年11月23日，在东北试验场进行了东风四号首次长射程飞行试验（01批6号弹）。但又因数字计算装置故障，致使一级火箭关机预令信号未能发出，二级火箭未能点火，飞行至一级推进剂耗尽关机后，因姿态失稳在空中自毁。周恩来总理当即指示：“要总结经验，再接再厉，争取下次打好。”当地政府和群众发现并提交了导弹残骸，为分析故障提供了重要依据。发射部队和研制单位组织技术人员对试验资料和残骸进行了仔细分析，找出了失败的原因，并在设计上采取了相应的改进措施。
1971年11月15日，东风四号第二次长射程试验获得成功，射程3772千米，这也是东四首次采用井下加注、井口发射方式发射。但弹头再入烧蚀破坏，端头烧穿。试验证明，该导弹在长射程状态下，各系统工作协调、可靠。这次试验还考验了发射方式，并取得了弹头再入试验环境和弹头烧蚀的资料。此次试验成功表明东风四号具备了中远程射程能力，标志着中国完全解决了两级导弹的级间连接和分离技术，发动机高空点火技术，导弹的姿态控制和制导技术等难关，把中国的导弹技术推进到一个新的阶段。
1969年3月中苏珍宝岛事件后，苏联对中国的核打击危险急剧上升，部队急需能够对苏联进行有效核反击的导弹。当时东五导弹尚未首飞，而“八年四弹”中制定的中远程导弹射程（4000km）不足以从中国西部（比如青海）打击莫斯科，于是要求增加东四射程。1970年6月，七机部负责人钱学森、杨国宇到第一研究院听取意见，表示同意中远程导弹增大射程的建议。7月，加大推力的发动机通过了280秒长程试车。随后，国防科委正式向中央专委呈报中远程导弹增程建议。8月，周恩来在中央专委会上正式批准增程方案，并指示：不要改动太大，要快点搞出来。由于“文革”的影响，这项研制工作几乎陷于停顿状态，直到1975年经过调整、整顿，才出现转机。该导弹经改进设计采取增大射程的技术措施后，从1976年5月起，进行了多次考核性飞行试验。
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。
