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M4雪曼戰車曾經生產過多種衍生型，也是需多相關車輛的基礎。 此外，多個國家對其車身進行現代化升級使其能完成其他考驗。
西元1940年代初期，世界各國的軍方開始發現戰車具有執行多種特殊任務的能力。對於甚麼樣的車輛應該面對敵方戰車，甚麼樣的車輛應該面對敵方步兵最好，美國就以雪曼戰車作為面對敵方戰車的主要戰力。隨著時間推移，戰車的一些重大修改，幾乎都是圍繞著升級火炮產生，例如改善車輛的機動性、防護能力，或是步兵支援的角色開始出現。最一開始對雪曼戰車進行主砲修改的是在戰爭期間接收大量雪曼戰車的英國人。
除了武裝上的修改，也有一些非戰鬥用途的修改，例如早期型的部分雪曼戰車被改裝成稱為袋鼠的裝甲運兵車，或是被更改成裝甲回收車。
之後，以雪曼戰車為基礎的衍生型隨之出現，首個實驗車型在西元1944年盟軍入侵歐洲的準備期間浮上檯面，此後又在該實驗車型的砲塔上安裝了火箭發射器。此外，盟軍持續的設計出供雪曼或非雪曼的戰車使用的排雷設備直到第二次世界大戰結束。
第二次世界戰爭結束後，大量多餘的雪曼被提供給其他國家，但主要是供給南美洲和中東。以色列成為雪曼戰車二戰後最大的用戶，以色列對雪曼戰車進行大量的修改，以保持他們在前線的作戰表現，一直到1970年代初期都以主力戰車、自走砲、裝甲救護車等角色出現在前線。雪曼戰車在西元1973年的十月戰爭多次被目擊出現在戰場中。南美洲國家對自家持有的雪曼戰車進行了類似的現代化升級或購買以色列改裝的雪曼戰車，如智利曾向以色列購買M51、M50等超級雪曼戰車，而雪曼戰車在南美洲國家中持續服役直到西元1989年。
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- M4
- 大陸R975引擎；焊接製成的車身。75公釐M3戰車炮。 用戶：美國、英國、波蘭、法國。
- M4(105) - 裝備105公釐M4榴彈砲，設計用於協助步兵和反防禦工事，犧牲了反裝甲能力。
- M4(105)HVSS - 裝備105公釐M4榴彈砲/ 使用Horizontal Volute Spring Suspension (HVSS)懸吊系統。
- M4A1
- 大陸R975引擎；鑄造車身；75公釐M3戰車炮。 用戶：美國、英國、南非、波蘭(M4A1(76)W)、法國(少量)，中國(中華民國)
- M4A1E4/M4A1(76)W -升級使用76 公釐M1戰車砲。
- M4A1E8/M4A1(76)W HVSS -配有76 公釐M1戰車炮，使用Horizontal Volute Spring Suspension (HVSS)懸吊系統。
- M4A1E9 -戰後製造，可安裝附加裝甲，新的潛望鏡和橢圓形的裝填手炮塔艙門、VVSS懸吊系統，延長兩邊履帶的連接環，但依舊使用舊式的75 公釐M3戰車炮。用戶：智利
- M4A2
- 使用與早期型M3A3/M3A5同樣的通用動力公司6046柴油引擎；首個使用銲接車體的型號；使用75 公釐M3戰車炮。 用戶：蘇聯、英國、法國、波蘭、美國。 美國陸軍除了在諾曼第時將M4A2改裝成DD戰車外，並未用於其他作戰，主要的美國用戶是美國海軍陸戰隊，因為M4A2的可用性相對其他型號更適合他們的使用需求。蘇聯主要使用通過租借法案獲得的M4A2，以此可以使用與T-34戰車相同的柴油燃料。蘇聯人稱呼M4A2為「艾姆查」（МЧ），其名字來源於俄語對M4的發音。又因為美國人寫的頂上開口的數字4類似於西里爾字母Ч。
- M4A2E4 使用扭力桿的懸吊，但從未投入生產。
- M4A2E8/M4A2(76)W HVSS Horizontal Volute Spring Suspension (HVSS)懸吊系統，裝有76公釐M1A1/M1A1C/M1A2戰車炮。
- M4A3
- 使用福特 GAAV-8汽油引擎；焊接車身；使用75公釐M3戰車炮或76公釐M1A1/M1A1C/M1A2戰車炮。 用戶：美國、法國(少量)、尼加拉瓜(少量)。 M4A3是美國陸軍一個優良的作戰車輛。
- M4A3(75)/M4A3(75)W -使用75公釐M3戰車炮的M4A3。
- M4A3(105) -使用105公釐M4榴彈砲，用於偕同步兵作戰。
- M4A3(105)HVSS -使用Horizontal Volute Spring Suspension (HVSS)懸吊系統[來源請求]
- M4A3E2突擊戰車 -也被暱稱為"小飛象"或"巨無霸"（Jumbo）-在炮盾上加裝額外的裝甲，特徵是厚且垂直的炮盾，因為增加了裝甲厚度，導致其移動速度降低約3-4英里/小時。生產時是使用75公釐M3戰車炮，但是投入實戰後很快地被前線部隊改用76公釐戰車炮。 擁有"鴨嘴"型的履齒。 用戶：美國、法國（僅獲得一輛該型號戰車）
- M4A3E4/M4A3(76)W -使用76公釐M1A1/M1A1C/M1A2戰車炮。
- M4A3E8/M4A3(76)W HVSS (Easy Eight) -使用Horizontal Volute Spring Suspension (HVSS)懸吊系統，裝有76公釐M1A1/M1A1C/M1A2戰車炮。
- M4A3E9 -戰後重製，可使用外掛裝甲，新的潛望鏡和在砲塔頂部的橢圓形裝填手艙門、VVSS懸吊系統，加長兩邊履帶的連接器，但依舊使用舊式的75公釐M3戰車炮。
- M4A4
- 使用克萊斯勒A57引擎；銲接製成且較長的車體；出廠時使用75公釐M3戰車炮。 用戶：英國、法國、中國(中華民國)、黎巴嫩（螢火蟲）、尼加拉瓜（少量）。
- 螢火蟲/雪曼Vc-大約2,000輛M4A4被英國重新武裝，使用英國的QF 17磅炮 (76.2公釐)。值得注意的是，17磅炮並非只安裝在M4A4上，許多M4系列戰車也被英軍改裝使用17磅炮。
- M4A5
- 美國並未設計生產該型號，此型號是指加拿大生產，以M3格蘭特/李中型戰車底盤為基礎改裝的巡洋戰車，被稱為 Ram(白羊戰車)，使用外型類似M4的炮塔。
- M4A6
- 使用改裝自Wright G200引擎的Caterpillar D200A 渦輪增壓空冷多燃料發動機；同時使用鑄造和銲接製，類似M4A4的長車身；僅安裝75公釐M3戰車炮。只有75輛M4A6被製造出來，且都沒有參加戰鬥。[1]
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以M4雪曼戰車為基礎，但未使用M4編號的衍生車輛：
- 105公釐自走砲(M7牧師式自走砲)－以M4A3雪曼戰車為基礎的105 公釐自走砲。
- M12 155公釐自走砲－自走155公釐炮機動載具(GMC)。
- M30 彈藥運輸車－物資運輸車輛(即M12移除火炮後用來運送M12 155公釐自走砲的彈藥)
- M40 155公釐自走砲－以M4A3(HVSS)底盤改裝而成，安裝155公釐榴彈砲(有的也會安裝M1A1榴彈砲或M2榴彈砲)。
- M43 8英吋自走砲
- M10驅逐戰車－以M4A2底盤為基礎的驅逐戰車，綽號「狼獾」，使用和M4A3相同的火炮。
- M10A1－與M10大致相同，但使用M4A3底盤。
- M36驅逐戰車－以M10A1驅逐戰車的車身(即M4A3雪曼的車身)為基礎，裝載M3 90公釐反戰車砲的驅逐戰車。，綽號「傑克遜」
- M36B1－以M4A3車體為基礎的型號。
- M36B2－以M10車身(M4A2雪曼車身)為基礎的型號。
- M32 戰車搶救車－以M4車身為基礎，移除武器並固定炮塔。 配備可施力60000磅(27000公斤)的絞盤和一個18英尺長，可旋轉的吊臂。 同時，M32也在車體安裝了一個81公釐迫擊砲，用來掩護目標。
- M32B1 戰車搶救車－M4A1改裝而成。
- M32A1B1 戰車搶救車－M32B1安裝VVSS懸吊系統，後來去除81公釐迫擊炮，並改裝吊臂。
- M32B2 戰車搶救車－M4A2改裝而成。
- M32B3 戰車搶救車－M4A3改裝而成。
- M32A1B3 戰車搶救車－M32B3安裝VVSS懸吊系統。
- M32B4 戰車搶救車－M4A4改裝而成。
- M74 戰車搶救車－升級版的M32戰車搶救車，以M4A3為基礎，M32的外觀非常相似，以回收相對二戰時更重的戰車，如：M26潘興中戰車、M47巴頓主力戰車為目的製造的戰車搶救車。為使其能夠完成搶救任務，安裝有一個可旋轉的吊臂、一個主要拖曳絞盤、一個輔助拖曳絞盤，和一個手動絞盤。 M74車體前方還安裝了鐵鏟，可變成推土機。
- M74B1－同M74，但從M32B3改裝而成。
- M34 火炮牽引車－M32B1戰車搶救車改裝成重型火砲牽引車，總共有24輛M32B1由切斯特戰車倉庫改裝成M34火炮牽引車。
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火箭發射器、火焰噴射器、除雷車、水陸兩棲、工程車......等多種變體，大多是實驗性的(編號是使用T而不是M)
美軍曾以M4為基礎設計了多種地雷引爆裝置。
- T15/E1/E2 -一系列基於T14套件的雪曼掃雷車。在戰爭結束時被取消研究計畫。
- T1E1 滾桶（蚯蚓，英語：Earthworm）- 由裝甲版做成的鋼條。安裝於M32戰車搶救車。
- T1E2 滾桶 - 7條向前旋轉的鋼條組成，僅有實驗型。
- T1E3/M1滾桶(公尺瑪阿姨，英語：Aunt Jemima）- 由兩組長10英尺（3.0公尺）且能向前選轉鋼條組成，每組有五條鋼條。T1滾桶系列使用最廣泛的型號，且通過測驗，變成M1型地雷引爆器。共75個M1地雷引爆器被生產。
- T1E4 滾桶 - 具16條鋼條，僅做實驗用。
- T1E5 滾桶 - 或稱為T1E3/M1w，M1滾桶加裝小輪子。僅用作實驗。
- T1E6 滾桶 - 與T1E5滾桶相同，也被稱為T1E3/M1w，M1滾桶的鋼條上加裝鋸齒的版本。實驗型。
- T2 連枷 - 美軍基於英國雪曼蠍式一型連枷設計而成。
- T3 連枷 - 基於英國蠍式連枷設計而成。在西元1943年停止設計計畫。
- T3E1 連枷 - 加長T3連枷的吊臂。被取消。
- T3E2 連枷 - E1變形體，安裝了更大直徑的鋼製滾筒。戰爭結束時停止研發。
- T4 - 為英國蠍式二型連枷。
- T7 - 框架上安裝多個安裝兩條鐵條的滾筒。研發計畫被放棄。
- T8 （行者約翰，英語：Johnny Walker） - 將多個鋼柱固定在一個會旋轉的橫軸上，並用以捶打地面。對車輛轉向造成不良影響。
- T9 滾筒 - 使用6吋滾筒。難以操縱，被廢止。
- T9E1 - T9滾桶的減輕版本，但在測試時無法引爆的所有的地雷。
- T10 - 採用遙控設計，可由跟隨在後的戰車操縱。被取消。
- T11 - 使用6吋的前射式迫擊炮擊毀地雷。實驗型。
- T12 - 使用23吋的前射式迫擊炮。試驗結果發現非常有效，但依舊被取消。
- T14 - 直接修改、加厚雪曼戰車的車底裝甲和強化的履帶。計畫被取消。
- 地雷挖掘裝置T4 - 犁形。在西元1942年開始研發，後被取消。
- 地雷挖掘裝置T5/E1/E2 - T4變形體，犁形。E2是T5E1進一步的改進型。
- 地雷挖掘裝置T5E3 - T5E1/E2安裝與M1推土鏟一樣的液壓升降機構，以控制挖掘深度。
- 地雷挖掘裝置T6 - 將T5從犁型改成V型，但無法控制挖掘深度。
- 地雷挖掘裝置T2/E1/E2 - 以T4/T5為基礎，但安裝了與M1推土鏟一樣的液壓升降機構，以控制挖掘深度。
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- T34管風琴火箭炮，在砲塔上安裝60管4.6吋火箭發射器。被投入西元1944到1945年之間的戰鬥。
- T34E1火箭發射器 - T34E1有兩組（每組7個，共14個）火箭管分裝在火箭發射器的下半部。
- T34E2火箭發射器 - 改用7.2吋火箭。
- T39火箭發射器 - 封閉式，並在火箭出口處安裝閘門，使用20管7.2吋火箭。
- T40/M17WhizBang火箭發射器 - 裝有20管7.2吋火箭。能在西元1944到1945年的戰爭中發現。具短管的T40變型體，但是服役紀錄甚少。
- T72火箭發射器 - T34的短管變型。從未投入戰鬥。
- T73火箭發射器 - 類似於T40，但是只有10個火箭發射管。從未投入戰鬥。
- 火T76箭發射器 - 以M4A1w/ 7.2吋火箭發射器取代主炮。從未投入戰鬥。
- T10火箭發射器 - 以M4A1w/ 7.2吋火箭發射器取代主炮。從未投入戰鬥。
- T99多管火箭發射器 - 22管4.5吋火箭被安裝在兩個封閉式的火箭管箱中，並安裝在砲塔上。從未投入戰鬥。
M4雪曼系列因租借法案而廣泛分發給盟軍。 各類的變型體或衍生型在各國中服役，並有相當大的數量轉變為其他用途，包括裝甲運兵車和專門工程車輛。
M4雪曼在全世界擁有數一數二長的服役時間。它們在一些國家持續服役到二十世紀60、70年代，主要是在非洲和拉丁美洲國家。在某些情況下的雪曼會被轉用於各種用途，從自走砲到急救車都可見它們的身影。也常被民間企業轉用。
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