Después del apoyo de la 1ª División Panzer, la cual irrumpió en las líneas polacas cerca de Kłobuck, los polacos se retiraron, y tres días después la 4ª División continuó en su avance hacia Varsovia.
El asalto fue repelido y de nuevo las fuerzas alemanas sufrieron grandes bajas.
Las piezas antitanque bien emplazadas y las barricadas levantadas en las calles principales lograron repeler también este asalto.
Sufriendo muchas bajas, las fuerzas alemanas tuvieron que retroceder de nuevo.
Después del fallido asalto, la 4ª División pasó a la retaguardia y tomó parte en la Batalla de Bzura, donde apoyó el contraataque alemán.
Después se retiró a la región del Bajo Rin (entre Neuss y Düsseldorf) para recibir refuerzos.
Después de que la división fuera transferida a Prusia Oriental y más tarde al área de Brześć Litewski en la ocupada Polonia, fue asignada al XXIV Cuerpo Panzer bajo Geyr von Schweppenburg.
Sin embargo, los alemanes fueron casi paralizados cuando comenzaron a caer las lluvias otoñales, las cuales convirtieron la única ruta hacia Tula en una pista de barro.
Cuando empezaron las heladas a principios de noviembre, los alemanes pudieron volver a usar las carreteras, pero se enfrentaron al problema de no estar debidamente equipados para la guerra invernal, ya que Hitler había anticipado una rápida victoria en el verano.
Se retiró hacia la región de Orel, donde el deshielo detuvo la contraofensiva soviética y la unidad pudo ser reforzada parcialmente.
Habiendo sido agrupada en el XXXIX cuerpo Panzer bajo el mando del General Karl Decker, la 4ª División se retiró a la región de Varsovia, donde los soviéticos detuvieron su ofensiva debido al estallido del levantamiento de Varsovia.
En la batalla de Wołomin, la 4ª División incluso pudo infligir algunas bajas al III Cuerpo Acorazado soviético.
No obstante, el avance soviético cortó al Grupo de Ejércitos en dos y la división fue casi completamente dispersada.