Главной разницей между Е-3 и Е-4 было вооружение, расположенное в крыльях. Вместо пушек MG FF (точнее MG FF/A или MG FF/B) установили MG FF/ М (точнее MG FF/MA или MG FF/MB, у «Антонов» был электромеханический спуск (ЕРА), а у «Берт» — электрический (ЕА)). Пушки MG FF отличались массивным крепежом и мощными пружинами противооткатного механизма. При этом, пушки могли стрелять только тяжелыми снарядами массой 134 г. Эти пули предназначались для борьбы с легко бронированными целями. При этом испытания, проведенные в Хиллерслебене, показали, что эффективность 134-граммовых снарядов не выше, чем бронебойных 7,92-мм пуль! После этих испытаний поступило распоряжение разработать для пушки бронебойный снаряд. Пушки MG FF/M были легче, а также могли стрелять новыми 90- и 115-граммовыми снарядами, что позволяло добиться большей скорострельности и эффективности огня, в том числе и по воздушным целям.
Первый Me 109E-4 люфтваффе потеряло 10 мая 1940 года. Это был самолет из I(J)/JG 2. Выпуск данного варианта продолжался недолго — до августа 1940 года выпустили 250 машин. Затем в августе-сентябре последовала небольшая серия Me 109E-4/N из 20 машин. Эти самолеты отличались двигателем DB 601N, работающем на 96-октановом бензине СЗ, что позволяло поднять мощность на 75 «лошадок» и поправить высотные качества двигателя. В этом варианте «мессер» получал дополнительные очки по сравнению со «Spitfire» Mk II, хотя расплачиваться за это приходилось большей прожорливостью мотора.
Но история Е-4 на этом не кончилась. Модель получила вторую жизнь уже в ноябре 1940 года, когда фирма WNF получила заказ на 500 комплектов для Е-4, позволяющих самолету нести дополнительный бак емкостью 300 л, а также 550 комплектов, позволяющих переделать самолеты Е-1 до стандарта Е-4. Программу реализовали к июлю 1941 года, поэтому вплоть до 1942 года люфтваффе продолжало получать новые Е-4 и Е-7 для частей штурмовой авиации.
Bf 109 Е-4
В 1940 году выявилась необходимость иметь одномоторный самолет, способный нести бомбы на внешней подвеске, способный проводить штурмовые и беспокоящие удары. Первоначально планировалось оснастить «мессерами» I(Sch)/ LG 1, однако нехватка самолетов не позволила осуществить этот план до нападения на Францию. Дивизион продолжал летать на старых бипланах Hs 123. Промышленность не была готова немедленно отреагировать на пожелание военных. Начались испытания прототипа Me 109V26 (Me 109E-4, W.Nr. 1361, CA+NK) в модификации Jabo (Jagdbomber — истребитель-бомбардировщик). Самолет оснастили подфюзеляжным пилоном ETC 500/IXb, позволявший брать 250-кг бомбы. Однако уже к июлю ситуация улучшилась настолько, что начался выпуск машин Me 109E-1/B (Bomber) и Me 109Е-4/NB. Всего за июль-сентябрь выпустили 336 бомбовых «Эмилей», в том числе 15 E-4/NB и 110 Е-1/В. Пик производства приходился на август и, особенно, сентябрь 1940 года. Эти «leichte Kampfflugzeugen» поступали на вооружение не только в штурмовые дивизионы, но ими также оснащали отдельные эскадрильи в истребительных частях. Немецкие летчики-истребители, привыкшие считать себя элитой люфтваффе, в задачу которой входило исключительно сбивать самолеты противника, очень скептически отнеслись к этому нововведению.