Nhằm xây dựng một đơn vị có sức cơ động cao, khả năng đánh tiêu diệt cấp tiểu đoàn Mỹ - Ngụy, mở rộng vùng giải phóng, hỗ trợ đắc lực cho phong trào cách mạng, ngày 3/2/1965, đúng vào ngày kỷ niệm 35 năm thành lập Đảng Cộng sản Việt Nam, tại Chiến khu Đ, Khu ủy, Bộ Tư lệnh Quân khu miền Đông đã thành lập trung đoàn chủ lực đầu tiên của quân khu, lấy phiên hiệu là Trung đoàn Đồng Nai, sau này đổi tên thành Trung đoàn 4.
Trung đoàn đã trực tiếp cơ động chiến đấu trên nhiều chiến trường, trong đó có BR-VT, lập nhiều chiến công vang dội, góp phần vào khúc khải hoàn ca giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước năm 1975.