Этот автожир, получивший марку ЦАГИ А 4, решено было снабдить механическим запуском ротора, более эффективным по сравнению с системой аэродинамического запуска, и двойным управлением для использования аппарата в учебных целях. Автожир ЦАГИ А 4 имел фюзеляж прямоугольного сечения, сварной из стальных углеродистых труб. Кабан ротора состоял из трех отдельных ног стоек.

Была использована с небольшой доработкой конструкция крыла автожира ЦАГИ 2 ЭА. На автожире ЦАГИ А 4 был установлен авиационный двигатель М 26 воздушного охлаждения мощностью 300 л. с. Система ротора автожира ЦАГИ А 4 была та же, что и у автожира ЦАГИ 2 ЭА. На аппарате были опробованы лопасти разной конструкции. По общей схеме все они были сделаны аналогично лопастям ротора автожира ЦАГИ 2 ЭА, отличаясь лишь размерами лонжерона и некоторыми конструктивными элементами.

Система механического запуска ротора позволила при частоте вращения двигателя 835 об мин раскручивать ротор до 100 об мин. Система была рассчитана на передачу мощности в 15 л. с. В октябре 1932 г. был построен опытный экземпляр автожира. Первый полет на нем был совершен 6 ноября 1932 г. летчиком испытателем С. А. Корзинщиковым. Еще в июне 1932 г. автожир был запущен в серийное производство, 30 ноября был совершен первый полет на головной серийной машине.

В первом полете опытного экземпляра автожира ЦАГИ А 4 были обнаружены биение и тряска ротора, возраставшие с увеличением скорости полета. Кроме того, частота вращения ротора была значительно ниже расчетной (110 120 об мин вместо 145 150 об мин по расчету). Это давало основание опасаться снижения авторотирующих свойств ротора. Во втором полете 9 ноября 1932 г. (летчик С. А. Корзинщиков) автожир потерпел аварию.

При взлете появилась сильная тряска, частота вращения ротора резко уменьшилась, автожир стал проваливаться, теряя подъемную силу. Была совершена беспорядочная посадка, при которой автожир получил значительные повреждения, летчик, однако, остался невредим. Перед коллективом отдела особых конструкций ЦАГИ встала трудная задача: разобраться в причинах обнаруженных явлений, принять срочные меры к их устранению и сделать это очень быстро, чтобы не нарушить нормальный ход серийного производства.

В результате развернутой в ООК большой теоретической работы было установлено, что ненормальное поведение ротора объяснялось недопустимо большой круткой лопастей из за слишком задней их центровки (лопасти были обшиты целиком фанерой), недостаточной жесткостью лопастей на кручение и неудовлетворительной их конструктивной компоновкой. В короткие сроки было изготовлено несколько вариантов новых лопастей.