В сентябре 1944 года начались заводские испытания танка 701-4 с улучшенной трансмиссией. На объекте 701-5 поставили 122-мм пушку Д-25Т и увеличили толщину брони башни. Масса танка возросла до 58,5 т. Вариант 701-6 получил армейское обозначение ИС-4 и 29 апреля 1946 года был принят на вооружение Советской Армии.

Корпус его сваривался из броневых листов большой толщины, а литая башня имела переменную толщину стенок с развитыми скуловыми и лобовыми деталями. Лобовая и бортовая броня корпуса и башни не пробивались зарубежными противотанковыми пушками с дальностью 1000 м, а кормовой лист корпуса имел такую же толщину, как и лоб башни танка ИС-2.

Механик-водитель размещался впереди по оси машины. Над его сиденьем имелся небольшой круглый люк, закрываемый отодвигающейся в сторону крышкой. В крышке люка устанавливались два смотровых прибора, которые необходимо было снимать перед открыванием люка. Сиденье механика-водителя регулировалось по высоте и могло устанавливаться в боевое положение при закрытом люке, и в походное — при открытом.

Боевое отделение:

1 — контроллер; 2 — механизм поворота башни с мотором; 3 — прицел TШ-45; 4, 7, 12 — смотровые приборы; 5, 13, 26 — аппараты ТПУ; 6 — копиры; 8 — концевой переключатель; 9 — крышка люка командира танка; 10 — пулемет ДШК; 11— крышка люка заряжающего; 14 — плафон; 15 — казенная часть пушки; 16 — вращающийся пол; 17 — сиденье заряжающего; 18 — поводок; 19 — снаряд; 20 — кассета; 21 — вентилятор; 22 — преобразователь напряжения; 23 — радиостанция; 24 — реле РПБ-1; 25 — пусковое сопротивление; 27 — сиденье командира танка; 28 — щиток башни; 29 — магазин-коробка пулеметной ленты; 30 — сиденье командира орудия (наводчика).

Передняя часть башни танка закрывалась съемным броневым листом, крепившимся болтами. Люк, закрываемый этим листом, предназначался для монтажа и демонтажа пушки. В задней части крыши башни располагались слева — люк командира танка с крышкой, справа — люк заряжающего с крышкой. В крышках люков и левой части крыши находились смотровые приборы, причем в крышке люка командира — перископический смотровой прибор ТПК-1.

Вращение башни осуществлялось механизмом поворота, имевшим два привода: ручной и электрический. Планетарный блок механизма поворота допускал раздельную и совместную работу этих приводов без каких-либо переключений.

Пушка Д-25Т калибра 122 мм была спарена с 12,7-мм пулеметом ДШК. На башне танка ставился на зенитной турели второй пулемет ДШК, снабженный коллиматорным прицелом К8-Т.

Для наведения пушки и спаренного пулемета применялся механизм поворота башни, секторный подъемный механизм и система командирского управления с электроприводом. Стрельба из пушки велась прямой наводкой с помощью телескопического шарнирного прицела ТШ-45, а с закрытых позиций — с помощью бокового уровня и угломерного круга на погоне башни.

Боекомплект состоял из 30 выстрелов раздельного заряжания. Особенностью боеукладки ИС-4 было размещение снарядов в специальных металлических кассетах. Каждая кассета состояла из цилиндра, амортизационной пружины и пружинного запора. В кассетах для бронебойных снарядов был вставлен дополнительный стакан (между амортизационной пружиной и головкой снаряда), а в кассетах для осколочно-фугасных — колпак-предохранитель для головного взрывателя. Для бронейбойно-трассирующих снарядов имелось 12 кассет, для осколочно-фугасных гранат — 18. Держатели замков бронебойных снарядов окрашивались в красный цвет, осколочно-фугасных гранат — в желтый.

Боекомплект 12,7-мм патронов состоял из двух укладок по 500 штук в каждой.

На танке был установлен 12-цилиндровый, четырехтактный, V-образный, бескомпрессорный дизель В-12 жидкостного охлаждения максимальной мощностью 750 л.с. (552 кВт) при 2100 об/ мин. Он отличался от своих предшественников семейства В-2 главным образом наличием приводного центробежного невыключающегося нагнетателя.

Вид сверху на башню и корму корпуса танка ИС-4. Хорошо видны выхлопные патрубки и надвентиляторные плиты.

Топливная система включала в себя три основных встроенных топливных бака общей емкостью 410 л. Четыре дополнительных топливных бака по 90 л каждый устанавливались снаружи танка на корме. Кроме того, у двигателя В-12 были внесены изменения в конструкцию картера, головок блока, форсунок, распределительного вала, выпускных клапанов, масляного фильтра и водяного насоса. Два осевых горизонтальных вентилятора обеспечивали охлаждение радиаторов. Запуск двигателя в холодное время года облегчался за счет подогрева всасываемого воздуха. Воздухоочистители — типа «Мультициклон», двухступенчатые, с бункером для сбора пыли.

Силовая передача (точнее, механизм передач и поворотов) — планетарная, обеспечивавшая шесть передач вперед, три назад и два нейтральных положения. Она состояла из трехскоростного редуктора, представлявшего собой двухрядный планетарный механизм с тремя фрикционными элементами, и выполнявшего роль коробки передач, конического реверса и механизма поворота типа ЗК с мультипликаторами. Механизм поворота типа ЗК был разработан в 1935–1936 годах профессорами М.К. Кристи и Г.И. Зайчиком и изготовлен в металле для легкого плавающего танка Т-38, однако из-за сложной для того времени конструкции применения не получил. Основными его преимуществами являлись: автоматическое увеличение крутящего момента на ведущих колесах при повороте по сравнению с прямолинейным движением; устойчивое прямолинейное движение; создание тормозной силы без участия тормозов. Главным недостатком механизма поворота типа ЗК было значительное падение скорости центра тяжести машины при повороте, что приводило к ухудшению динамики при выходе из поворота из-за перегрузки двигателя и уменьшения частоты вращения.

Механизм поворота типа ЗК показал хорошие результаты в танках с низкой удельной мощностью (11–13 л.с./т), так как снижал необходимую для поворота мощность. С увеличением удельной мощности его использование стало нецелесообразным.

Это один из примеров, когда прогрессивное конструкторское решение опередило существовавшую в то время технологию. А ведь только применение дисков трения фрикционных элементов, работающих в масле, которые не были освоены отечественной промышленностью, могло повысить надежность трансмиссии и уменьшить ее массу и размеры.

Привод управления механизмом передач и поворотов был механический, селекторный, с гидравлическим сервированием педали на передачах переднего хода.

Ведущие колеса имели съемные венцы с 14 зубьями. Направляющие колеса с винтовыми натяжными механизмами располагались впереди. На каждом борту было по 7 опорных и по 3 поддерживающих катка. Подвеска — индивидуальная, торсионная. Гусеница — мелкозвенчатая, цевочного зацепления, с открытым шарниром. Число траков в каждой гусенице — 86. Шаг трака — 160 мм, ширина — 720 мм.

На машине устанавливалась автоматическая система противопожарного оборудования с термоэлектрозамыкателями в моторном и трансмиссионном отделениях.

Средства связи состояли из радиостанции 10-РК-26 и переговорного устройства ТПУ-4бисФ.

В июле — сентябре 1947 года были изготовлены 25 танков установочной партии, на которых проверялась работа улучшенных, по сравнению с опытными образцами, узлов и агрегатов. Окончательно рабочие чертежи ИС-4 были утверждены только 8 октября 1947 года. До конца 1947 года ЧКЗ при плане 200 машин сумел изготовить только 52 танка ИС-4. Всего за время серийного производства до 1 января 1949 года было изготовлено 219 ИС-4. Стоимость одной машины была очень высокой и составляла 994 тысячи рублей.

Причиной прекращения производства стал целый ряд обстоятельств. Эта боевая машина, имевшая самое мощное в мире на момент ее создания бронирование, обладала существенными недостатками: массой, превышавшей грузоподъемность большинства существовавших в то время мостов и транспортных средств, низкой надежностью трансмиссии, невысокой проходимостью, обусловленной большим удельным давлением (0,9 кг/см²). Недостаточной была и маневренность танка, а по вооружению ИС-4 не имел преимуществ перед тяжелыми танками ИС-2 и ИС-3. Недостатки танка удалось частично устранить в ходе модернизации. Первые 12 модернизированных машин в сентябре 1949 года были направлены на испытания на НИБТПолигон и в Белорусский военный округ (семь машин в 5-ю гвардейскую механизированную армию и три — в 16-ю гвардейскую механизированную дивизию). Испытания прошли успешно, но модернизировать до уровня ИС-4М удалось не все танки.