La 4e demi-brigade a été formée lors du second amalgame de la 39e demi-brigade, du 2e bataillon de la 55e, des 130e, 145e, 147e demi-brigades, et de la 14e demi-brigade provisoire (le tout de premier amalgame).

La 39e demi-brigade avait été formée des unités suivantes :
- 1er bataillon du 20e régiment d’infanterie
- 2e bataillon des Basses-Pyrénées ;
- 3e bataillon des Basses-Pyrénées ;

Le 2e bataillon de la 55e demi-brigade avait été formé des unités suivantes :
- 1er bataillon du 28e régiment ;
- 2e bataillon de l’Ardèche ;
- 3e bataillon de l’Ardèche ;

La 130e demi-brigade avait été formée des unités suivantes :
- 2e bataillon du 70e régiment ;
- 4e bataillon de la Haute-Garonne ;
- 5e bataillon de la Haute-Garonne ;

La 145e demi-brigade avait été formée des unités suivantes :
- 1er bataillon du 79e régiment ;
- 2e bataillon des Hautes-Pyrénées ;
- 3e bataillon de la Haute-Vienne ;

La 147e demi-brigade avait été formée des unités suivantes :
- 1er bataillon du 80e ;
- 2e bataillon de l’Aude ;
- 3e bataillon de l'Aude ;

La 14e demi-brigade provisoire avait été formée de
- 2e bataillon des Côtes-Maritimes
- 4e bataillon des Côtes-Maritimes
- 7e bataillon des Côtes-Maritimes
- 1er bataillon de l’Aude ;
- 2e bataillon de l’Aude, (ces deux derniers provenant des 4e, 5e, 6e, 7e, 8e, et 9e bataillons de l’Aude).

D'après l'Etat militaire de l'an X (1802), les 1er et 2e bataillons de la 4e demi-brigade était à Nancy, et le 3e à Phalsbourg.

L’arrêté du 1er vendémiaire an XII (24 septembre 1803) rétablit la dénomination de régiment d’infanterie.