В строевых частях машину быстро освоили. Она оказалась неприхотливой в обслуживании, не нуждалась в сложном наземном оборудовании, что обеспечивало автономность применения. Примером может служить эпизод из летной практики одного из авторов. Три вертолета его эскадрильи, базировавшейся в Западной Украине,откомандировали на Кубань для обслуживания автобата, работавшего на уборке сахарной свеклы. Ми-4 перелетели в Краснодар своим ходом, где базировались на аэродроме летного училища. Работали по вызову, а «точками подскока» служили, как правило, стадионы и школьные дворы в станицах. Проблем с техническим состоянием вертолетов практически не возникало - лишь однажды пришлось долить в аккумулятор дождевой воды да устранить неисправность радиостанции РСИУ-ЗМ. Конечно, в эксплуатации Ми-4 не был абсолютно безгрешен. Например, резиновые уплотнения втулки и автомата перекоса в сильные морозы теряли эластичность, и верхняя поверхность вертолета покрывалась черной масляной пленкой, которую приходилось смывать с большим трудом.
Двигатель АШ-82В, хоть и требовал от техсостава должного внимания, в целом обладал отличными эксплуатационными характеристиками, сохраняя работоспособность при потере герметичности подвода топливно-воздушной смеси, прогаре поршней и т.п. Особенно ценным качеством этого мотора была его отличная приемистость, которая в ряде случаев буквально спасала вертолеты от тяжелых происшествий. Так, во время ночного полета в сложных метеоусловиях потерпел аварию один из Ми-4АВ. Экипаж находившейся в воздухе второй «четверки» получил приказ отыскать терпящих бедствие. Когда разбитая машина была найдена, и летчики пытались, пользуясь светом фары, приземлиться рядом, прямо перед собой они внезапно увидели провода ЛЭП. Мгновенно среагировав, они взяли рычаги общего шага на себя. Двигатель взвыл, и Ми-4, легко «перепрыгнув» ЛЭП, ушел на второй круг. Будь это вертолет с газотурбинными двигателями - еще одно летное происшествие стало бы неизбежным.
У разбившейся машины на высоте 900 м произошло снижение оборотов двигателя, вызванное потерей масла из-за некачественной установки заглушки датчика температуры. Обороты несущего винта упали, вертолет снизился. Так как по условию прочности лопастей при уменьшении частоты вращения винта летчик обязан уменьшить и его шаг, то это привело к еще большей потере высоты. Загорелось аварийное табло «отказ генератора». О случившемся экипаж доложил руководителю полетов, но получил приказ тянуть к аэродрому, т.к. энергии аккумуляторов хватало на 20 мин. Однако вскоре вал двигателя заклинило, мотор остановился, и летчики перевели несущий винт на режим авторотации. В том полете в левом кресле сидел замполит эскадрильи, а командир - в правом. Как более опытный летчик, он взял управление на себя и одновременно попросил замполита проверить исправность посадочной фары, пульт управления которой располагался на левом электрощитке. Убедившись в ее работе, замполит вместо СПУ ошибочно обратился к командиру по радио: «Все горит». Услышав это, руководитель полетов переполошился: «У кого, что горит?», и не получив ответа, распорядился очистить зону аэродрома. В этот момент командир гасил скорость снижения, выбирая на себя рычаг общего шага. Внезапно он отчетливо увидел прямо по курсу ту самую ЛЭП. Отклонив ручку управления влево, он попытался избежать столкновения с проводами. Это удалось, но накрененный вертолет задел лопастями землю и перевернулся. Продуманность компоновки Ми-4 позволила членам экипажа отделаться легкими ушибами.
В 1967 г. два Ми-4АВ приняли участие в войсковых учениях «Днепр», после чего вертолетные подразделения стали широко применяться в подобных маневрах. В этот период предпринимались попытки придания вертолетных полков танковым корпусам, но по ряду причин эта прогрессивная идея оказалась бесплодной. При подчинении авиаторов сухопутному командованию их переодели в сапоги и полевую форму, увеличили количество часов строевой подготовки, делались попытки вносить коррективы в организацию полетов. Многие из этих мероприятий противоречили руководящим документам по эксплуатации авиатехники, к тому же армия оказалась не готовой к снабжению вертолетчиков расходными материалами и запчастями.
Вероятно, крещение огнем Ми-4 прошли в октябре-ноябре 1956 г. в Венгрии, где они использовались советскими войсками для разведки, снабжения изолированных гарнизонов, эвакуации раненых. Западная пресса, ссылаясь на свидетельства эмигрантов, отмечала, что при захвате одного из аэродромов с Ми-4 был высажен десант. Оборонявшиеся уничтожили три машины. Ми-4 использовались и при вторжении в Чехословакию в августе 1968 г. Кроме разведки, их применяли для переброски групп захвата и транспортных перевозок. Одна из машин была сбита. Все находившиеся на борту погибли.