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随着东风4型内燃机车在1970年代开始运用以来，相继发现一些问题。大连机车车辆厂针对这些问题进行大量试验和改进，至1982年1月研制出第一台东风4B型内燃机车（货运型）。相比起东风4型，东风4B型主要作出了以下改进
：由东风4型、东风4A型装用的16V240ZJ、16V240ZJA型柴油机换成东风4B的16V240ZJB型柴油机，柴油机装车功率不变（2430千瓦 /3300马力），但容许无级调速，转速范围由500~1100转/分钟调整到430~1000转/分钟。并改用不少新型增压器和零部件，如曲轴、连杆、活塞、油泵等。
主发电机输出功率由原来的2059kW提高到2125kW，采用了强化铜散热器。
东风4型的主发电机与柴油机是半刚性联轴节连接，而东风4B是弹性联轴节。
使用改进后的ZQDR-410型牵引电动机。
机车标称功率增加到1985千瓦。
在相同应用情况下，东风4B的燃油消耗率比东风4型约低4%，空转油耗约降低25%，
万吨公里的油耗量约降低9.6%，轮周效率由32.73%提高到33.47%。
东风4B货运型（坊间俗称西瓜）于1985年起批量生产，成为当时中国国内功率最大的电传动内燃机车，同时大连机车厂停产东风4型机车，全面转产东风4B型。1986年10月通过铁道部鉴定，同年被评为国家金牌奖产品，铁道部并正式指定东风4B型内燃机车为替代进口产品，令中国不再需要大批进口机车。1986年起，资阳机车厂和大同机车厂亦开始生产东风4B型机车。为保障行车安全，从1986年开始，东风4B型机车加装三项设备（俗称“三大件”），即机车自动停车装置、机车信号装置和列车无线调度电话装置。
1985年，大连机车厂在东风4B货运型机车基础上，研制了东风4B高原型（坊间俗称武警）机车，机车装用了高压比高效率的涡轮增压器，使机车牵引功率提高，目前主要运用在青藏铁路集团公司、南宁铁路局、兰州铁路局、乌鲁木齐铁路局及呼和浩特铁路局。
1986年，又研制了东风4B客运型（坊间俗称“桔子”）内燃机车，除牵引齿轮传动比由货运型的63：14，改为客运型的71：21外，机车的结构基本相同，齿轮比的改动实现了将货运机车“多拉慢走”转变为客运机车“少拉快跑”的目标。东风4B客运型最大运营速度为120 km/h，1987年起开始批量生产。
东风4B型客、货运内燃机车截至1998年，累计生产了4303台，这个数目相当于1999年全中国铁路内燃机车保有量的42.5%，在电气化动车组高铁等象征快速铁路的词语频现报端的今日，它仍然在承担着货运大列或绿皮车（22型车，25B型车），红皮车（25G型车）等客运列车的牵引工作，充当着不可替代的铁路运输使命。
东风4型机车电气全面检查程序
一、准备工作
1．控制风缸压力在400kPa以上，将1～6GK置于运转位；控制风缸压力在400kPa以下时，将1～6GK置于故障位。
2．闭合蓄电池闸刀XK，蓄电池电压低于96V，卸载信号灯7X亮，闭合机车照明总开关ZMK。
3．将操纵台及电气柜各自动脱扣开关置于闭合位（Ⅰ、Ⅱ燃油泵自动脱扣开关3DZ、4DZ只闭合一个）。
4．确认正、负试灯亮度一致。
5．闭合电动仪表开关12K，水温表显示温度应符合柴油机启动的温度，其它各仪表均指示“0”位。
二、电气动作试验
（一）手柄置“0”位进行下列试验
1．闭合总控开关1K，闭合启动机油泵开关3K，启动机油泵接触器QBC得电，启动机油泵电机QBD运转。
2．闭合燃油泵开关4K，燃油泵接触器RBC得电，QBC失电，QBD停转；ⅠRBD或ⅡRBD运转，电流表显示放电电流约10A。燃油压力应不低于150kPa。短接5／17、8／16，4ZJ得电；RBC失电，RBD停转，差示压力信号灯1XD亮，取下短接线，4ZJ应自锁，断开4K，4ZJ失电，差示压力信号灯1XD灭。
3．闭合4K，RBC得电，RBD运转，交替试验3、4DZ，Ⅰ、Ⅱ燃油泵转换工作正常。断开3、4DZ，手托QC低压联锁，DLS电磁联锁得电（整备作业时，可不作此项）。看驱动器ABC三相指示灯均亮或听音响）。
4．闭合辅助发电开关5K，辅助发电励磁接触器FLC得电，放电电流增加3～5A。闭合固定发电开关8K，固定发电接触器GFC得电，FLC失电，固定发电信号灯10XD亮，放电电流减少3～5A。断开8K，GFC自锁，断开5K，GFC失电，10XD灭。
5．闭合5K，FLC得电，手按发电过压保护继电器FLJ，FLC失电，GFC得电，固定发电信号灯10XD亮，自锁良好。断开5K，GFC失电，10XD灭。
6．闭合空压机自动控制开关10K，YC得电，6XD亮。延时2～3s，YRC得电，空压机启动信号灯6XD灭。断开10K，YC、YRC失电。
7．按下空压机手动按钮2QA，YC得电，6XD亮。延时2～3s，YRC得电，空压机启动信号灯6XD灭。松开2QA，YC、YRC失电。
（二）保留1K、4K，换向手柄置于前进位进行下列试验
1．闭合机控2K，1HKg、2HKg得电。
2．主手柄置“1”位，1HKf1、2HKf1得电动作；LLC、LC得电，卸载信号7XD灭。
3．主手柄置“2”位（无级调速机车置“保”位），1ZJ得电。手动过渡开关XKK置“1”位，1XC1、2XC1得电，一级磁场削弱信号灯11XD亮。XKK置“Ⅱ”位，1XC2、2XC2得电，二级磁场削弱信号灯12XD亮。XKK置“Ⅰ”位，1XC2、2XC2失电，12XD灭。XKK置“0”位，1XC1、2XC1失电，11XD灭。短接2／9、2／10，2ZJ得电，2XD亮，LLC、1～6C、LC失电，卸载信号灯7XD亮，取下短接线，2ZJ自锁，主手柄回“1”位，LLC、1～6C、LC得电，7XD灭。
4．无级调速机车，主手柄由“1”位到“保”位，短接5／13、6／20接线柱，3ZJ得电；LLC、LC失电，卸载信号灯7XD亮，取下短接线后3ZJ失电，确认越位起车电路是否正常，主手柄回至“1”位，LLC、1～6C、LC得电，7XD灭。
5．（1）有级调速机车：主手柄提到“9”位，3ZJ得电，LLC、1～6C、LC失电，7XD亮。
（2）无级调速机车：主手柄置“升”位，驱动器三相指示灯闪亮，主手柄扳至“升”位到电机发出“嗡嗡”声止，升速时间10～16s。
6．（1）主手柄提到“13”位，5ZJ得电，主手柄回“12”位，5ZJ失电，主手柄回“8”位，3ZJ失电。
（2）无级调速机车：主手柄置“降”位，三相指示灯闪亮，自扳至降”位起到电机“嗡嗡”声止，降速时间为12～22s。
7．主手柄回到“1”位，1ZJ失电，LLC、1～6C、LC得电，卸装信号灯7XD灭。闭合9K：5ZJ、GFC、GLC得电，故障励磁信号灯9XD亮 、固定发电信号灯10XD。断开9K，5ZJ、GFC、GLC自锁。
8．主手柄回到“0”位，5ZJ、GFC、GLC、LLC、1～6C、LC断电。
9．主手柄置“1”位，1ZJ失电，LLC、1～6C、LC得电，卸装信号灯7XD灭。
闭合DJ：LLC、1～6C、LC失电，卸载信号灯7XD、接地信号灯4XD亮。恢复DJ，7XD、4XD灭。
闭合LJ：LLC、1～6C、LC失电，卸载信号灯7XD、过流信号灯5XD亮，恢复LJ，7XD、5XD灭。
闭合1～3KJ：空转信号灯3XD亮，松开1～3KL，3XD灭。主手柄回“0”位。
三换向手柄置“后进”位
1．主手柄置“1”位：1、2HKf2得电，LLC、1～6C、LC得电，卸载信号灯7XD亮。
2．主手柄回“0”位：1、2HKf2失电，LLC、1～6C、LC失电，卸载信号灯7XD亮。
四电阻制动电气试验程序
1．准备工作
（1）电阻制动控制箱在运转位。
（2）ZK扳至合位。
2．试验下列各项：
（1）换向手柄扳至前制位，闭合机控2K，14XD制动失风灯亮。
（2）逆变器应起振，控制箱面板上红色信号灯亮；逆变插件上的绿灯LED亮；转换插件上的红灯LED亮，表示在二级制动；调节插件上的红色LED亮，表示在“0”位。
（3）主手柄提一位，ZC闭合，13XD电阻制动灯亮，同时15XD亮，14XD制动失风灯灭。
（4）主手柄回“0”位，ZC断开，13XD、15XD灭，14XD亮。
（5）自阀手把置制动位，主手柄提“1”位，机车制动缸压力缓解为0，ZC闭合，13XD、15XD亮，14XD灭。主手柄回到“0”位，ZC断开，13XD、15XD灭，14XD亮。
（6）自阀手把置运转位。
（7）ZK扳至断位。
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