Отличительной чертой компоновочной схемы вертолета Ми-4 явилось наличие сзади специального люка и трапа, позволяющих погрузить внутрь фюзеляжа автомашину, артиллерийское орудие (калибра 76 мм), минометы и другую технику. Все вертолеты, создаваемые на Западе вплоть до 1960 г., перевозку подобных грузов могли производить только на внешней подвеске со снижением летных характеристик. Как известно, в настоящее время такое компоновочное решение, впервые примененное для транспортного вертолета М. Л. Милем в 1951 году, является общепринятым.

Другой особенностью компоновочной схемы советской машины является гондола с крупнокалиберным пулеметом, устанавливаемая под фюзеляжем в военном варианте. Ми-4 стал первым вертолетом, на котором установка оружия была предусмотрена при его проектировании.

Помимо выбора основных параметров и принципиальных схем конструкций, М. Л. Миль руководил конкретным проектированием всех основных агрегатов вертолета.

Вертолет Ми-4 разрабатывался на основе опыта, приобретенного при эксплуатации Ми-1. Это позволило сделать значительный шаг вперед в совершенствовании конструкции его агрегатов.

Ряд принципиальных изменений был внесен в конструкцию втулки несущего винта и автомата перекоса.

Горизонтальные шарниры втулки были повернуты относительно радиального направления и расположены так, чтобы нагрузки на их подшипники на наиболее тяжелых по потребной мощности и продолжительности режимах полета оказывались практически одинаковыми.

На тяжелом вертолете S-56 закатка техники в кабину осуществлялась через загрузочный люк в передней части фюзеляжа. Из-за недостатков такой компоновки она не получила распространения.

Все шарниры были снабжены надежными резиновыми уплотнениями.

Выброшен, как ненужный, карданный механизм в цепи управления углом установки лопасти.

Осевой шарнир был скомпонован таким образом, чтобы лопасть крепилась к его наружному корпусу с глухим днищем.

При вращении винта центробежная сила стала прижимать масло к глухому днищу, не продавливая его через уплотнения, которые в этой конструкции располагались с другого конца. Это резко снизило возможность выброса смазки из узла осевого шарнира в полете и позволило применять в нем жидкие масла, благодаря чему существенно увеличилась долговечность упорных подшипников, воспринимающих центробежные силы лопастей.

Для уменьшения свеса лопастей в конструкцию втулки были введены специальные центробежные ограничители.

Демпферы оставались фрикционными, но была проведена значительная работа по повышению стабильности их моментов трения.

Автомат перекоса был существенно упрощен по сравнению с автоматом перекоса вертолета Ми-1. Из его конструкции, в связи с переходом на бустер-ное управление, были исключены кривошипные механизмы, а впоследствии и инерционные демпферы.

Втулка и автомат перекоса вертолета Ми-4 без каких-либо существенных изменений были применены и на вертолетах Як-24.

Новая компоновка втулки, разработанная А. Э. Малаховским и М. А. Лейкандом, хорошо зарекомендовала себя в эксплуатации и послужила основой для проектирования втулок последующих вертолетов.

Дальнейшее развитие конструкций втулки несущего винта и автомата перекоса шло по пути повышения работоспособности подшипниковых узлов и увеличения усталостной прочности основных деталей.

Принципиальная схема и эскизная компоновка главного редуктора были выполнены инженерами А. К. Котиковым и В. Т. Корецким. Рабочее проектирование и постройку опытных образцов осуществило ОКБ А. Д. Швецова. Этот редуктор, получивший обозначение Р-5, был создан по трехступенчатой схеме, причем для первой ступени впервые в отечественной авиационной промышленности была применена пара конических шестерен со спиральным зубом. Вторая и третья ступени были выполнены в виде двухступенчатого планетарного редуктора.

Это был первый отечественный авиационный редуктор, рассчитанный на столь большой выходной крутящий момент, превышающий 6000 кгм.

Длительная эксплуатация вертолета подтвердила высокую надежность редуктора Р-5, и поэтому в его конструкцию не было внесено сколько-нибудь существенных изменений.

С введением незначительных изменений, связанных с компоновкой вертолета, этот редуктор был применен и на вертолете Як-24.

Ми-4 стал первым вертолетом, в систему управления которого были включены гидробустеры. У нас в стране это был первый летательный аппарат с полностью необратимым бустерным управлением (на первых экземплярах управление было частично обратимым). Проектированием системы управления занимался И. С. Дмитриев.

На вертолете Ми-4 была применена полумонококовая конструкция фюзеляжа, а не ферменная, как на Ми-1. Проектировал фюзеляж М. П. Андриашев.

Первые опытные вертолеты были построены в Москве и почти одновременно на серийном заводе в Саратове. Ведущим конструктором по проектированию и постройке вертолета был М. Н. Пивоваров.

После заводских летных испытаний, выполненных по полной программе, согласованной с ВВС, и трехсотчасовых наземных ресурсных испытаний машина была предъявлена на государственные испытания. Ведущим инженером полетным испытаниям был Г. В. Ремезов.

Государственные испытания показали, что вертолет по своим летно-техническим данным соответствует заданию.

В процессе этих испытаний были выявлены дефекты: недостаточная прочность каркаса лопастей, разъединение валов хвостовой трансмиссии, выработка текстолитовых втулок горизонтальных шарниров хвостового винта (была попытка использовать скользящие пары в этих шарнирах), недостаточный диапазон отклонения автомата перекоса для продольного управления, малый зазор между хвостовой балкой и концами лопастей несущего винта.

Государственная комиссия считала необходимым для более полной проверки надежности основных агрегатов вертолета провести испытания на полную выработку установленного ресурса (150 час.). Такие испытания после устранения выявленных дефектов были проведены с 6 по 24 декабря 1952 года. (Дефекты были ликвидированы в течение 1–1,5 месяца: была увеличена площадь склейки нервюр с фанерной обшивкой, улучшена контровка в хвостовой трансмиссии, текстолитовые втулки заменены на игольчатые подшипники, изменено соотношение плеч качалки автомата перекоса, изменены величины углов свеса центробежных ограничителей.) 28 мая 1953 года вертолет Ми-4 прошел контрольные государственные испытания в ГК НИИ ВВС.

Государственные испытания тяжелого вертолета Як-24 продольной схемы, созданного в ОКБ А. С. Яковлева, были закончены в 1955 году.

Быстрое появление в эксплуатации серийных машин было обеспечено параллельной с постройкой опытных образцов работой по внедрению вертолета в серийное производство.

На саратовском заводе была построена крупная серия вертолетов Ми-4. В 1953 году начинает развертываться серийное производство вертолетов Ми-4 в Казани.

Вертолет Як-24 был также запущен в серийное производство вначале в Саратове, а затем в Ленинграде. В конце 50-х годов выпуск вертолетов Як-24 был прекращен.