东风四号是中国第一种两级火箭，为保证级间分离的可靠性，因而决定采用可靠性较高的热分离方案。通过分离运动学计算，级间气动力和气动热计算以及级间分离风洞试验和1:1地面分离试验等一系列研究和试验，选择合理的分离程序。同时在结构上采用斜拉金属杆式级间段，中间保留了很大的空隙，以便于第二级喷焰能顺利排出；在第一级推进剂储箱前底上，安装玻璃钢隔热层，以防在两级分离时二级发动机燃气流烧穿一级储箱前底。分离姿态控制技术同样是一个新课题。由于先点火、后分离，在分离过程中姿态控制系统不能立即接通，而使导弹处于暂时失控状态。在分离干扰作用下可能产生较大的姿态角偏差。为防止二级起控时舵角饱和，在可能出现较大分离干扰的波道中，控制系统放大倍数在开始几秒取低于额定值，这样级间分离段姿态能始终保持稳定，从而解决了分离的状态控制问题。