Его основные отличия от Р-1 были следующими: подача бензина осуществлялась помпой, расположенной в задней части двигателя; применены усиленное шасси из стальных труб с деревянными обтекателями, фюзеляж более обтекаемой формы с хвостовой частью, обшитой фанерой, лобовой радиатор закругленной формы; ступицу воздушного винта прикрыли коком; для облегчения обслуживания двигателя изменили конструкцию моторамы, а в нижней части капота установили дополнительный радиатор; педали пилота сделали регулируемыми в зависимости от длины ног.

В конце мая 1926 г. самолет (с/н 3191) вывели на аэродром для испытаний, которые продолжались до сентября. Первым летчиком, поднявшим Р-4 в воздух, стал М.А.Снегирев. В середине октября машину передали в НИИ ВВС, где испытания велись до марта 1927 г. Затем ее вернули на завод No.25, в сектор опытного самолетостроения (ОСС) ЦКБ, возглавляемый Н.Н.Поликарповым, для доводки. Летом 1927 г. между Авиатрестом (в основном, в лице Поликарпова) и руководством ВВС велись переговоры об изменениях, которые следовало внести в самолет.

Основными недостатками Р-4 считались большой вес конструкции, снижавший полезную нагрузку, и слишком задняя центровка. Последнюю удалось изменить путем перестановки двигателя М-5 на 150 мм вперед и на 30 мм вниз, однако для уменьшения массы требовалось переконструировать и построить новый фюзеляж. Пока шло обсуждение этих вопросов, наступил 1928 г., и актуальность Р-4 заметно снизилась - на подходе уже был Р-5. Опытный Р-4 применялся в НИИ ВВС до своего списания в декабре 1930 г. Большинство опробованных на нем улучшений, начиная с 1928 г., использовали при изготовлении Р-1.