Żołnierze 4 Dywizji Pancernej zamordowali po torturach jednego z dwóch jeńców polskich wziętych do niewoli pod Radomskiem. Obcięli mu język, uszy i nos. Są oskarżani również o dokonanie zbrodni wojennej w Śladowie 18 września 1939, gdzie zastrzelili i utopili w Wiśle około 300 ludzi, a także mordu w Mszczonowie, gdzie 8 września zabili 8 jeńców wojennych.
W okresie 1–25 września 1939 r. 4.DPanc poniosła największe (obok 1 Dywizji Lekkiej) straty spośród niemieckich dywizji – 94 czołgi utracone, uszkodzone lub zepsute (46 czołgów PzKpfw I, 33 PzKpfw II, 6 PzKpfw IV i 9 czołgów dowodzenia), lecz straty bezpowrotne były niższeT. Jentz, Panzer Truppen... 1933-1942, s.104.
W grudniu 1939 roku została włączona w skład 6 Armii i przeniesiona na Zachód. W składzie tej armii wzięła udział w walkach w trakcie inwazji na Francję, walcząc na terenie Flandrii. Po zakończeniu walk stacjonowała w okupowanej Francji do grudnia 1940 roku. W tym czasie przeszła reorganizację, a z jej składu wyłączono 36 pułk pancerny, z którego później utworzono 14 Dywizję Pancerną.