Thực hiện chỉ đạo của Quân ủy, Bộ tư lệnh miền, Khu ủy và Tư lệnh Miền quyết định thành lập Trung đoàn chủ lực đầu tiên của Quân khu, lấy phiên hiệu là Trung đoàn Đồng Nai, sau đổi tên là Trung đoàn 4. Trước khi tuyên bố thành lập, thực hiện chỉ đạo của Quân khu, Trung đoàn đã ra quân trận đầu “Cổng Xanh – Nhà Đỏ” giành thắng lợi, đánh thiệt hại nặng Tiểu đoàn 31 biệt động quân; tổ chức Lễ ra mắt và mừng công tại Sân lễ Phước Thành, lấy ngày 3/2/1965 làm ngày truyền thống của Trung đoàn đúng vào dịp kỷ niệm 35 năm ngày thành lập Đảng cộng sản Việt Nam. Sự khởi đầu thắng lợi cho mọi thắng lợi, chiến công nối tiếp chiến công, viết lên truyền thống vẻ vang của Trung đoàn.
Tháng 1/1966, Mỹ thực hiện kế hoạch phản công chiến lược mùa khô lần thức nhất. Trong đội hình Sư đoàn 5, Trung đoàn nhận nhiệm vụ tiến công địch phòng thủ trong ấp chiến lược Võ Su (Tánh Linh, Bình Thuận). Đây là trận chiến đấu đầu tiên trong đội hình Sư đoàn, cũng là trận đầu tiên tiến công địch phòng ngự trong căn cứ tương đối vững chắc. Trận đánh Võ Su diễn ra tuy chưa làm chủ hoàn toàn mục tiêu nhưng đã gây thiệt hại nặng cho địch, để lại cho ta bài học kinh nghiệm quí giá nhất về cách đánh trong tiến công địch phòng ngự trận địa.
Thực hiện chủ trương của Bộ Chính trị, Trung ương Đảng đã chỉ đạo tổng tiến công và nổi dậy Xuân Mậu Thân 1968, trong đội hình Phân khu 4, Trung đoàn BB4 được giao nhiệm vụ phối hợp tiến công các mục tiêu: Trường sĩ quan trù bị Thủ Đức, Cầu Đồng Nai, Nhà máy Nhiệt Điện, phát triển vào trung tâm Sài Gòn. Trước yêu cầu nhiệm vụ đặt ra hết sức nặng nề, Trung đoàn vừa chiến đấu, vừa củng cố xây dựng, lực lượng hoạt động phân tán nhiều bộ phận, trong khi chỉ huy Trung đoàn chưa nắm chắc tình hình địch và việc tổ chức phòng thủ của chúng. Trải qua khó khăn, gian khổ của quá trình điều chỉnh, bổ sung được sự nhất trí của trên, Trung đoàn tổ chức thành 2 bộ phận tham gia trên 2 mặt trận. Một bộ phận phối hợp với Phân khu 4 tiến công các mục tiêu ở Thủ Đức, một bộ phận trong đội hình Sư đoàn tiến công các mục tiêu ở thị xã Biên Hòa, hình thành 3 ngọng kìm tiến công vào trung tâm sào huyệt của địch. Đúng 0 giờ đêm 30 tết (ngày 31/01/1968), pháo tên lửa của chiến dịch tiến công mãnh liệt vào các mục tiêu trong sân bay Biên Hòa, trọng điểm là Sở chỉ huy, kho chứa nhiên liệu, kho đạn, trại lính, nhà để máy bay… Trận tập kích bất ngờ với quyết tâm cao của các lực lượng ở mặt trận Thủ Đức và Biên Hòa đã gây thiệt hại lớn cho địch, trực tiếp loại khỏi vòng chiến đấu và làm bị thương 5000 lính Mỹ - Ngụy, phá hủy và làm hỏng 127 máy bay các loại, 127 kho bom đạn của địch cùng nhiều phương tiện chiến tranh khác. Thắng lợi trên đã đánh dấu sự phát triển trưởng thành vượt bậc của Trung đoàn, góp phần quan trọng trong cuộc tổng công kích về quân sự dịp tết Mậu Thân 1968 tạo bước đột phá cùng quân dân Miền Nam và cả nước dành thắng lợi có ý nghĩa quyết định.
Mùa xuân năm 1975, thực hiện quyết tâm của Bộ Chính trị giải phóng hoàn toàn miền Nam, Bộ Tư lệnh miền chủ trương mở chiến dịch Xuân Lộc, giải phóng thị xã Long Khánh, mở đường vào Sài Gòn. Trung đoàn được giáo nhiệm vụ tiến công các tuyến phòng thủ của địch ở ngã ba Ông Đồn, núi Chứa Chan - Xuân Lộc - Đồng Nai, ấp chiến lược khu vực Hàm Tân, đánh chiếm ngã ba Dầu Dây, tập kích vào khu Tân Lập, Long Khánh. Trong đội hình Sư đoàn 6, Trung đoàn đánh 04 trận, giải phóng Xuân Lộc, cùng các đơn vị của Sư đoàn 341 phá toang tuyến phòng thủ quan trọng bậc nhất của địch ở đông bắc Sài Gòn, hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ tiến công tiêu diệt Chiến đoàn 52 thuộc Sư đoàn 18 ngụy, đánh chiếm Sân bay Biên Hòa, Bộ tư lệnh Quân đoàn 3 ngụy, góp phần giải phóng hoàn toàn thành phố Biên Hòa, góp phần vào thắng lợi quyết định của Chiến dịch hồ Chí Minh lịch sử, giải phóng hoàn toàn miền Nam, thống nhất đất nước.
Sau chiến thắng xuân 1975, Trung đoàn tích cực chủ động phối hợp với cấp ủy, chính quyền địa phương bảo vệ địa bàn, truy quét tàn quân địch, tham gia chiến đấu bảo vệ biện giới Tây Nam của Tổ quốc và chiến đấu giúp bạn Campuchia. Một lần nữa, trong Chiến dịch tổng tiến công mùa xuân năm 1979 trên đất bạn Campuchia, Trung đoàn 4 được giao nhiệm vụ là lực lượng tiến công trên hướng chủ yếu của Sư đoàn theo Đường 13 đánh vào thị xã KraChie. Trung đoàn đã hoàn thành xuất sắc nhiệm vụ quốc tế cao cả, lật đổ Tập đoàn phản động, diệt chủng PônPot, truy quét tàn quân địch cứu nhân dân Campuchia hồi sinh cuộc sống, trực tiếp tham gia xây dựng, củng cố hệ thống chính quyền cách mạng, Trung đoàn 4 đã để lại những tình cảm thân thương, ấn tượng sâu sắc trong lòng nhân dân Campuchia. Những chiến công mùa xuân của trung đoàn trên đất bạn đã góp phần mang lại mùa xuân cho nhân dân Campuchia, hồi sinh đất nước chùa tháp láng giềng thân thiết.
Cuối năm 1989, được lệnh rút quân về nước, trong đội hình Sư đoàn BB5 anh hùng, Trung đoàn đứng chân trên địa bàn huyện Châu Thành (tỉnh Tây Ninh) là đơn vị chủ lực cơ động thực hiện nhiệm vụ SSCĐ, huấn luyện, xây dựng đơn vị VMTD theo Chỉ thị 917 của Bộ trưởng Quốc phòng. Một dấu ấn đậm nét trong lịch sử xây dựng và phát triển của Trung đoàn từ khi vế nước đó là mốc son mùa xuân năm 2004, khi Trung đoàn vinh dự được Quân khu và Sư đoàn tin tưởng chọn là đơn vị điểm về xây dựng đơn vị VMTD theo Chỉ thị 41/CT-TM của Tổng tham mưu trưởng Quân đội Nhân dân Việt Nam. Từ mùa xuân ấy, như mệnh lệnh từ trái tim, các lớp thế hệ cán bộ, chiến sĩ Trung đoàn với nhiệt huyết và trách nhiệm đã bước vào công cuộc xây dựng đơn vị như bước vào một trận chiến đấu mới. Trải qua quá trình chiến đấu, xây dựng, trưởng thành Trung đoàn đã đạt được nhiều thành tựu nổi bật, rất đáng tự hào, Trung đoàn luôn là lá cờ đầu trong phong trào thi đua quyết thắng.
Ra đời vào mùa xuân, luôn giành thắng lợi to lớn trong mùa xuân đã như là quy luật hoạt động của Trung đoàn BB4 – Trung đoàn Đồng Nai anh hùng. CBCS Trung đoàn BB4 hôm nay luôn trân trọng, tự hào về truyền thống lịch sử vẻ vang, nguyện viết tiếp bài ca mùa xuân, để những chiến công, thành tựu vẻ vang trong ký ức mùa xuân của Trung đoàn còn vang vọng mãi.