В связи с этим в 1925 г. появилось предложение подвергнуть конструкцию Р-1 перерасчету прочности и значительным дополнительным улучшениям. Намеченные изменения начали осуществлять под руководством А.А.Крылова с 15 ноября 1925 г. (по другим данным, с января 1926 г.). В ходе работ объем вносимых изменений возрастал, модифицированный самолет имел несколько обозначений (корпусной разведчик Р.Л.-IV, Р-1бис, РЛ-1бис), но в конце концов за ним закрепилось название Р-4. 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 №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.

Модификация	Р-4
Размах крыла, м	14.02
Длина, м	9.33
Высота, м	3.30
Площадь крыла, м2	45.00
Масса, кг
пустого самолета	1450
нормальная взлетная	2200
Тип двигателя	1 ПД М-5
Мощность, л.с.	1 х 400
Максимальная скорость, км/ч	198
Крейсерская скорость, км/ч	166
Практическая дальность, км	700
Скороподъемность, м/мин	203
Практический потолок, м	4760
Экипаж	2
Вооружение:	два 7.62-мм пулемета (по 350 патронов на каждый) Легкие бомбы общим весом до 400 кг