В 1941 году один танк Ausf.D в опытном порядке вооружили 50-мм пушкой KwK 39 с длиной ствола 60 калибров. Планировалось перевооружить таким образом все машины этой модификации, однако зимой 1942-го предпочтение было отдано варианту F2 с 75-мм длинноствольной пушкой. В 19421943 годах некоторое количество танков Pz.IV Ausf.D в ходе капитального ремонта получили такие пушки. В феврале 1942 года два танка переоборудовали в самоходные установки, вооруженные 105-мм гаубицами К18.
Pz.IV Ausf.E
Главным отличием модификации Ausf.E (6/BW) от предшественников стало существенное увеличение толщины брони. Лобовую броню корпуса довели до 30 мм и вдобавок усилили 30-мм экраном. Лоб башни также был доведен до 30 мм, а маска до 3537 мм. Борта корпуса и башни имели 20-мм, а крыша и корма 15-мм броню. Появились командирская башенка нового типа с усиленным до толщины 5095 мм бронированием, башенный вентилятор, усовершенствованный смотровой прибор механика-водителя, шаровая установка курсового пулемета Kugelblende 30 (число 30 означает, что яблоко установки было приспособлено под крепление в 30-мм броню), упрощенные ведущее и направляющее колеса, ящик для снаряжения, крепившийся на корме башни, и другие более мелкие изменения. Подверглась изменениям и конструкция кормового листа башни. Боевая масса танка достигла 21 т. С сентября 1940 по апрель 1941 года заводские цеха покинули 223 машины версии Е.
Pz.IV Ausf.F
Pz.IV Ausf.F (7/BW) появился в результате анализа боевого применения машин предыдущих вариантов в Польше и Франции. Вновь возросла толщина брони: лоб корпуса и башни до 50 мм, борта до 30. Одностворчатые дверцы в бортах башни заменили на двухстворчатые, лобовой лист корпуса опять стал прямым. Пулемет при этом сохранился, но теперь он размещался в шаровой установке Kugelblende 50. Поскольку масса корпуса танка возросла на 48 %, по сравнению с Ausf.E, машина получила новую 400-мм гусеницу вместо применявшейся ранее 360-мм. Были выполнены дополнительные вентиляционные отверстия в крыше моторного отделения и в крышках трансмиссионных люков. Изменились размещение и конструкция глушителей двигателя и бензомотора поворота башни. Помимо фирмы Krupp-Gruson к производству танка, продолжавшемуся с апреля 1941 по март 1942 года, подключились Vomag и Nibelungenwerke.
Все вышеперечисленные модификации танка Pz.IV вооружались короткоствольной 75-мм пушкой с начальной скоростью бронебойного снаряда 385 м/с, которая была бессильна как против английской «Матильды», так и против советских Т-34 и КВ. После выпуска 462 машин варианта F производство их прекратили на один месяц. За это время в конструкцию танка внесли весьма существенные изменения: главное из них установка 75-мм пушки KwK 40 с длиной ствола 43 калибра и начальной скоростью бронебойного снаряда 770 м/с, разработанной конструкторами фирм Krupp и Rheinmetall. Производство этих орудий началось в марте 1942 года. 4 апреля танк с новой пушкой был показан Гитлеру, и вслед за этим возобновился его выпуск. Машины с короткими пушками имели обозначение F1, а с новым орудием F2. Боекомплект последних состоял из 87 выстрелов, 32 из которых размещались в башне. Машины получили новую маск-установку и новый прицел TZF 5f. Боевая масса достигла 23,6 т. До июля 1942 года было выпущено 175 Pz.IV Ausf.F2, еще 25 машин переоборудовали из F1. Судя по воспоминаниям Г. Гудериана в апреле 1942 года 12 танков Ausf.F2 изготовили с 80-мм лобовой броней. Эти машины предназначались для десанта на о. Мальта. Несколько машин модификации F2 позднего выпуска получили башни следующей модификации Ausf.G.
Все вышеперечисленные модификации танка Pz.IV вооружались короткоствольной 75-мм пушкой с начальной скоростью бронебойного снаряда 385 м/с, которая была бессильна как против английской «Матильды», так и против советских Т-34 и КВ. После выпуска 462 машин варианта F производство их прекратили на один месяц. За это время в конструкцию танка внесли весьма существенные изменения: главное из них установка 75-мм пушки KwK 40 с длиной ствола 43 калибра и начальной скоростью бронебойного снаряда 770 м/с, разработанной конструкторами фирм Krupp и Rheinmetall. Производство этих орудий началось в марте 1942 года. 4 апреля танк с новой пушкой был показан Гитлеру, и вслед за этим возобновился его выпуск. Машины с короткими пушками имели обозначение F1, а с новым орудием F2. Боекомплект последних состоял из 87 выстрелов, 32 из которых размещались в башне. Машины получили новую маск-установку и новый прицел TZF 5f. Боевая масса достигла 23,6 т. До июля 1942 года было выпущено 175 Pz.IV Ausf.F2, еще 25 машин переоборудовали из F1. Судя по воспоминаниям Г. Гудериана в апреле 1942 года 12 танков Ausf.F2 изготовили с 80-мм лобовой броней. Эти машины предназначались для десанта на о. Мальта. Несколько машин модификации F2 позднего выпуска получили башни следующей модификации Ausf.G.