Pese a que el carro medio M3 entró en producción en cadena el verano de 1941, el desarrollo de una versión mejorada con un cañón de 75 mm y una torreta giratoria empezó antes de que llegase el invierno del mismo año. En el otoño de 1941 ya se habían creado dos prototipos. El ejército estaba más bien satisfecho con la versión actualizada, pero solicitó un par de mejoras. Como resultado, el vehículo perdió las puertas laterales y la ametralladora de la cúpula del comandante. El 5 de septiembre de 1941, el Comité de Armamento recomendó la estandardización del vehículo, con la denominación de Medium Tank M4.
Las características corresponden con vehículos con tripulaciones entrenadas al 100 %.