На заводе №81 машины с М-105 стали выпускать с октября 1940 г. Они уже были доработаны и в целом соответствовали тому самолету, который стал позднее именоваться Як-4. Фонарь кабины штурмана в районе турели ТСС округлился и стал почти сферическим. На бортовых поверхностях кабины пилота для улучшения обзора прорезали по два дополнительных окна, также сделали остекление в полу кабины штурмана. В самой штурманской кабине смонтировали второе, отключаемое управление самолетом. Снизу моторных гондол смонтировали подковообразные радиаторы ОП-252. В крыле разместили два дополнительных непротектированных топливных бака общей емкостью 180 литров, предусмотрели возможность подвески двух сбрасываемых баков емкостью по 100 литров. Костыльную установку оснастили увеличенным колесом размером 400x150 мм. Все перечисленные и многие другие изменения соответствовали стремлению довести ББ- 22 до полноценного боевого состояния. Тем более, что в декабре 1940 г. еще существовали планы выпуска 1300 таких бомбардировщиков. В том же декабре самолеты с двигателями М-103 стали именоваться Як-2, а с двигателями М-105 - Як-4.
Именно под новым обозначением два Як-4 81-го завода - №70602 и №70603 - 10 декабря 1940 г. поступили для проведения государственных испытаний в НИИ ВВС. На испытаниях была достигнута максимальная скорость у земли 458 км/ч, на высоте 5000 метров - 533 км/ч. Потолок составил 9700 метров, время набора высоты 5000 метров - 6,5 минут. Признавалось, что по этим основным показателям самолет не удовлетворяет требованиям, предъявленным еще в марте 1940 г. Далее говорилось, что "Як-4 на эксплуатационном диапазоне центровок 29-31 % САХ обладает неудовлетворительной продольной и боковой устойчивостью. С нормальным полетным весом 6115 кг... сложен в пилотировании, рассчитан на летчика выше средней квалификации и полет на нем в сложных метеоусловиях будет исключительно труден". Затем указывалось множество других недостатков, среди прочих указывалось, что "эксплуатация в строевых частях ВВС будет исключительно сложной".
Итоговое заключение по результатам государственных испытаний гласило, что в предъявленном виде самолеты Як-4 являются небоеспособными и недоведенными в части эксплуатации. Поэтому предлагалось Як-4 с серийного производства снять, а на уже выпущенных самолетах в целях безопасности полетов бомбовую нагрузку ограничить в 400 кг авиабомб, из которых только 200 кг размещать внутри фюзеляжа. От наружной подвески авиабомб калибром 250 кг военные испытатели требовали отказаться вовсе. Заключение было подписано начальником НИИ ВВС Филиным 7 марта 1941 г., однако еще ранее, в феврале выпуск Як-4 был прекращен решением правительства. Впрочем, на заводе в Тушино еще оставалось значительное количество недостроенных самолетов, поэтому они достраивались до лета 1941 года. Всего авиазавод №81 построил 120 двухмоторных Яков. Из них 57 самолетов сдали в 1940 году и 63 - в 1941 году. 30 экземпляров из этого количества оснастили моторами М-103 (Як-2), 90 - моторами М-105 (Як-4). Суммарный выпуск на двух авиазаводах (№1 и №81) всех двухмоторных ББ-22 - Як-2 - Як-4 составил 201 экземпляр.