Po dvoch dňoch letu sa lodi Sojuz 4 podarilo spojiť s ďalšou sovietskou kozmickou loďou Sojuz 5, ktorá štartovala o deň neskôr. Spojenie trvalo viac ako 4 hodiny a počas neho k Šatalovovi z druhej lode prestúpili kozmonauti Jelisejev a Chrunov a na druhý deň, 17. januára1969, ráno celá trojica pristála s kabínou na padáku na území Sovietskeho zväzu neďaleko mesta Karaganda v Kazašskej SSR. Volací znak posádky Sojuzu 4 bol „Amur“, pre posádku lode Sojuz 5, s ktorým sa mali spojiť bol „Bajkal“. Toto odkazovalo na projekt Transsibírskej magistrály nazvaný Bajkalsko-amurská magistrála, ktorý bol v tom čase v štádiu výstavby. Preto úspešný let znamenal povzbudenie pracovníkov na projekte. Sojuz 4 strávil na obežnej dráhe takmer 72 hodín a Zem obletel 48-krát. Sojuz 5 riadený Borisom Volynovom pristál o deň neskôr.